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Proportionnalité

Données et probabilités Cours de mathématiques de 6e (sixième) · chapitre 15 · Situations de proportionnalité · Échelle

Version interactive : dans l'application, les points des figures se déplacent, les figures se construisent pas à pas à la règle et au compas et un quiz s'invente à chaque essai.

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menu_book Le cours

1

Situations de proportionnalité

A

Grandeurs proportionnelles

Définition
On dit que deux grandeurs sont proportionnelles quand les valeurs prises par l'une s'obtiennent en multipliant celles prises par l'autre par un même nombre non nul, appelé coefficient de proportionnalité.

Exemple : le côté et le périmètre d'un carré

La longueur du côté et le périmètre d'un carré sont des grandeurs proportionnelles : le périmètre d'un carré s'obtient en multipliant la longueur de son côté par 4. Le coefficient de proportionnalité est donc 4.

Contre-exemple : la chute d'un ballon

Voici la distance parcourue par un ballon en chute libre. En 1 seconde, il parcourt 5 m, donc le coefficient serait 5. En 2 secondes, il parcourt 20 m, donc le coefficient serait 10. Ces deux coefficients sont différents : la durée de chute et la distance parcourue ne sont donc pas proportionnelles.

B

Tableau de proportionnalité

Règle 1
Dans un tableau de proportionnalité, les nombres de la seconde ligne s'obtiennent en multipliant les nombres correspondants de la première ligne par le coefficient de proportionnalité.

Exemple : la consommation d'une voiture

À la vitesse de 70 km/h, une voiture consomme 5 L aux 100 km. La consommation de carburant et la distance parcourue sont proportionnelles.

À cette vitesse, quand la voiture parcourt une distance de 1 km, elle consomme 0,05 L (5 L : 100). On peut regrouper ces résultats dans un tableau de proportionnalité :

Distance parcourue (en km) 100 1 15
Consommation (en L) 5 0,05 7

À cette vitesse, la consommation en litres de carburant est égale au produit du nombre de kilomètres parcourus par 0,05, qui est le coefficient de proportionnalité.

Dans cette situation, ce coefficient permet de calculer la consommation à partir de la distance parcourue : par exemple, pour 15 km, la consommation sera 15×0,05=0,75 L.

Règle 2
On peut compléter un tableau de proportionnalité à l'aide des propriétés de la linéarité : additionner (ou soustraire) deux colonnes déjà connues donne une nouvelle colonne correcte, et multiplier une colonne connue par un nombre donne aussi une colonne correcte.

Exemple : la confiture de kiwis

2 kg de kiwis contiennent 64 g de sucre, et 5 kg de kiwis contiennent 160 g de sucre. Détermine la masse de sucre contenue dans 7 kg puis dans 13 kg de kiwis.

On résume ces données dans un tableau de proportionnalité :

Masse de kiwis (en kg) 2 5 15 7 13
Masse de sucre (en g) 64 160 480 224 416
2

Échelle

Définition
Une échelle permet de passer d'une mesure sur un plan, sur une carte ou sur une image à une mesure réelle.
Une échelle s'écrit sous la forme d'une fraction ab : le numérateur a représente un nombre d'unités sur le plan, et le dénominateur b représente le nombre de la même unité en réalité. Par exemple, une échelle de 11000 (on dit aussi « au 1/1000e ») signifie que 1 cm sur le plan représente 1 000 cm, soit 10 m, en réalité.

Exemple : le plan de la chambre de Léa

Voici le plan de la chambre de Léa, dessiné à l'échelle 125. Quelle est la longueur réelle de la chambre, sachant qu'elle mesure 12 cm sur le plan ? Et quelle est la largeur réelle du lit, sachant qu'il mesure 6 cm sur le plan ?

12 cm 6 cm Lit Échelle : 1/25

Pour déterminer la longueur réelle de la chambre...

La longueur réelle de la chambre est donc 300 cm, soit 3 m.

Pour déterminer la largeur réelle du lit...

La largeur réelle du lit est donc 150 cm, soit 1,5 m.

On peut récapituler ceci dans un tableau :

Distance sur le plan (en cm) 1 12 6
Distance réelle (en cm) 25 300 150

draw Méthode

Dans l'application, cette méthode est animée étape par étape (règle, équerre, compas, rapporteur).

Grandeur et unité

Définition
Une grandeur est ce que l'on peut mesurer (une longueur, une durée, un prix, une masse, un volume, une aire...). Une unité permet d'exprimer la mesure d'une grandeur.

Par exemple, une température est une grandeur, et elle peut s'exprimer dans l'unité °C (degré Celsius).

Jeu : associe chaque grandeur à son unité

Volume
Durée
Aire
Masse
Longueur
Prix
s
L
m
€
kg
m²

0 / 6 paires trouvées.

Évolution d'une grandeur

Méthode
On connaît une valeur initiale de deux grandeurs A et B associées, ainsi qu'un objectif pour B. On veut faire évoluer A pour atteindre cet objectif.

Exemple : une voiture consomme 5 L pour parcourir 100 km. Quelle est sa consommation pour 250 km ?

On note C la consommation cherchée pour 250 km.
On cherche une consommation. Donc on va faire évoluer la consommation initiale (5 L).

Autre méthode : l'association dans un tableau

Méthode
Quand on connaît deux paires de valeurs associées, on peut parfois passer de l'une à l'autre par une opération simple, et appliquer cette même opération sur l'autre grandeur.

Exemple : on connaît les paires (5 ; 100) et (3 ; 60). On cherche la valeur de B associée à A = 8.

Grandeur A Grandeur B 5 3 8 100 60 ?
1
On considère A = 8. On veut trouver B.
2
On remarque que 8 = 5 + 3.
3
On applique la même addition à B : 100 + 60 = 160.

Autre exemple : toujours avec (5 ; 100) et (3 ; 60), on cherche cette fois la valeur de A associée à B = 40.

Grandeur A Grandeur B 5 3 ? 100 60 40
1
On considère B = 40. On veut trouver A.
2
On remarque que 40 = 100 − 60.
3
On applique la même soustraction à A : 5 − 3 = 2.

edit Exercices et rédaction

Rédaction type : « Utiliser la proportionnalité »

Le prix est proportionnel au nombre d'objets (ils sont identiques).On justifie qu'on peut utiliser la proportionnalité.
12 objets, c'est 4 fois plus que 3 objets : 2,50 × 4 = 10.On explique le raisonnement, puis on calcule.
Donc 12 objets coûtent 10 €.Conclusion avec l'unité.

Exercices

Exercice 1
3 cahiers identiques coûtent 4,50 €. Combien coûtent 9 de ces cahiers ? Rédige ta réponse.
Exercice 2
Le prix des pommes est proportionnel à leur masse. Complète ce tableau, puis donne le coefficient de proportionnalité.
Masse (kg)257
Prix (€)6……
Exercice 3
Un taxi demande 3 € au départ, puis 2 € par kilomètre. Le prix de la course est-il proportionnel à la distance parcourue ? Justifie à l'aide de deux exemples.
Exercice 4
Pour 4 personnes, une recette demande 200 g de farine. Quelle masse de farine faut-il pour 10 personnes ? Rédige ta réponse.
Exercice 5
Au marché, 5 kg de tomates coûtent 12 € et 3 kg coûtent 7,20 €. Le prix est proportionnel à la masse. Calcule le prix de 8 kg, puis de 2 kg, sans calculer le prix d'un kilogramme.

public Maths & la vie

Dans l'application, ces activités sont interactives : on dessine, on écoute, on joue.

Maths & la vie : les maths de ce chapitre, on les croise en cuisine et en sciences. Des activités à manipuler (monte le son !) et un peu d'histoire.

Maths et cuisine

C

Adapter une recette

Recette de base : crêpes pour 4 personnes. Change le nombre de personnes : toutes les quantités sont multipliées par le même nombre.
6 personnes
Farine250 g pour 4 375 g
Œufs4 pour 4 6
Lait500 mL pour 4 750 mL
Beurre fondu50 g pour 4 75 g
Sucre30 g pour 4 45 g
skillet Maths et cuisine : peser, partager, convertir

Les plus vieilles recettes du monde… babyloniennes

Les plus anciennes recettes écrites que l'on connaisse ont près de 4 000 ans : ce sont des tablettes d'argile de Mésopotamie (l'Irak actuel), conservées à l'université Yale, aux États-Unis. On y lit des recettes de ragoûts. Les Babyloniens étaient aussi de grands calculateurs : ils comptaient en base 60, et c'est d'eux que viennent nos 60 minutes dans une heure… et nos minuteurs de cuisine !

Une livre ici, une autre livre là-bas

Avant la Révolution française, chaque région avait ses unités : la livre, l'once, la pinte… et une livre de Paris ne pesait pas autant qu'une livre de Lyon ! En 1795, le système métrique définit le gramme comme la masse d'un centimètre cube d'eau, et le litre comme le volume d'un décimètre cube. Une même recette peut enfin être refaite partout à l'identique.

« Une pincée », « un verre », « gros comme un œuf »

Pendant longtemps, les livres de cuisine donnaient des quantités approximatives. En 1896, l'Américaine Fannie Farmer publie un livre de recettes à Boston où toutes les mesures sont précises et prises « à ras bord ». On la surnomme « la mère des mesures exactes ». Aujourd'hui encore, les recettes américaines utilisent des tasses (les cups) et des cuillères… et des degrés Fahrenheit.

Fahrenheit, Celsius et le thermostat

L'Allemand Daniel Fahrenheit invente son échelle de température en 1724 : l'eau y gèle à 32 °F et bout à 212 °F. Le Suédois Anders Celsius propose la sienne en 1742… mais à l'envers : 0 pour l'eau qui bout et 100 pour la glace ! L'échelle est retournée peu après sa mort, pour devenir celle que nous utilisons. Sur les fours français, le thermostat donne à peu près la température divisée par 30 : thermostat 6, c'est environ 180 °C.

Le quatre-quarts : une recette en fractions

Le quatre-quarts breton porte son nom de sa recette : quatre ingrédients, chacun un quart de la pâte. Beurre, sucre, farine et œufs ont exactement la même masse. Pas besoin de livre de recettes : il suffit de peser les œufs !

Combien de pizzas différentes ?

Une pizzeria propose 8 garnitures. Pour chacune, on a deux choix : on la met ou non. Il y a donc 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 = 256 pizzas différentes (en comptant la pizza nature). Avec 20 garnitures, il y en aurait plus d'un million : à chaque garniture en plus, le nombre de pizzas double !

science À toi ! Fais un quatre-quarts. Pèse 3 œufs dans leur coquille (souvent entre 150 g et 180 g), puis prends la même masse de beurre fondu, de sucre et de farine. Pour un gâteau deux fois plus gros, combien d'œufs faudrait-il ? Et quelle masse de farine ?

Maths et sciences

S

À quelle distance est l'orage ?

Un orage approche. La lumière de l'éclair nous arrive presque tout de suite, mais le son du tonnerre est beaucoup plus lent : il parcourt environ 340 mètres chaque seconde. Monte le son, déclenche l'orage et regarde le chronomètre.
0,0 s
science Maths et sciences : mesurer le monde

Archimède et la couronne du roi (vers 250 avant J.-C.)

Le roi de Syracuse soupçonne son orfèvre d'avoir mélangé de l'argent à l'or de sa couronne. Il demande au savant Archimède de le vérifier… sans abîmer la couronne. Selon la légende, Archimède trouve la solution dans son bain, en voyant l'eau monter quand il s'y plonge, et court dans la rue en criant « Eurêka ! » (j'ai trouvé !). En plongeant la couronne dans l'eau, on mesure son volume ; si elle était en or pur, elle déplacerait autant d'eau qu'un lingot d'or de même masse. La couronne déplaçait plus d'eau : l'orfèvre avait triché !

Ératosthène mesure la Terre avec une ombre (vers 240 avant J.-C.)

À Syène, en Égypte, le jour le plus long de l'année, le Soleil éclaire le fond des puits à midi : il est exactement au-dessus. Le même jour, à Alexandrie, plus au nord, un bâton vertical fait une petite ombre : les rayons du Soleil arrivent avec un angle d'environ 7°, un cinquantième de tour complet. Ératosthène en déduit que le tour de la Terre mesure 50 fois la distance d'Alexandrie à Syène : environ 40 000 km. C'est presque la vraie valeur !

Archimède compte les grains de sable de l'Univers

Combien faudrait-il de grains de sable pour remplir tout l'Univers ? Dans un petit livre, L'Arénaire, Archimède invente une façon d'écrire des nombres immenses, en les regroupant par « myriades de myriades ». Il trouve un nombre qui s'écrit avec un 1 suivi de 63 zéros !

Galilée, la bille et le pendule

Vers 1583, à la cathédrale de Pise, le jeune Galilée observe un lustre qui se balance et mesure ses oscillations avec son pouls : elles durent toujours le même temps, qu'elles soient grandes ou petites. Plus tard, avec ses billes sur un plan incliné, il découvre que en deux fois plus de temps, la bille parcourt quatre fois plus de distance. Galilée écrit que le grand livre de la nature « est écrit dans la langue des mathématiques ».

Coups de canon pour mesurer la vitesse du son (1738)

Comment mesurer la vitesse du son ? En 1738, des savants de l'Académie des sciences tirent au canon, la nuit, entre Montmartre et Montlhéry, près de Paris. De l'autre côté, on voit l'éclair du canon tout de suite et on chronomètre le temps avant d'entendre la détonation. Ils trouvent environ 337 mètres par seconde, très proche de la valeur d'aujourd'hui : 340 mètres par seconde dans l'air.

Le mètre, mesuré sur la Terre (1792-1799)

Pendant la Révolution, les astronomes Delambre et Méchain mesurent pendant sept ans la distance entre Dunkerque et Barcelone, avec des triangles. But : définir une unité de longueur valable pour tous, le mètre, égal à un dix-millionième de la distance entre le pôle Nord et l'équateur. Le litre et le kilogramme en découlent : un litre, c'est un cube de 10 cm de côté ; un kilogramme, la masse d'un litre d'eau.

science À toi ! Chez toi, verse de l'eau dans un verre doseur gradué. Note le niveau, plonge une pomme de terre, un œuf ou une petite figurine, et lis le nouveau niveau : quel est le volume de l'objet ? Et au prochain orage, compte les secondes entre l'éclair et le tonnerre, puis divise par 3 : l'orage est à combien de kilomètres ?

Pour s'entraîner : quiz générés à chaque essai, figures manipulables et constructions animées.

Faire le quiz