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13Partie 2 : Organisation, données, fonctions★★★ Tombe chaque annéeCycle 4 · BOEN 2020 · Thème B

Proportionnalité et pourcentages

Coefficient et quatrième proportionnelle · ratio · pourcentages et coefficient multiplicateur · valeur initiale · successions · échelle · vitesse · masse volumique · débit.

Sur cette page

Comprendre

La notion centrale des mathématiques appliquées

Prix, recettes, cartes, conversions, vitesse, débit, soldes : la proportionnalité et les pourcentages sont partout. Le jury les retrouve dans presque tous les sujets, souvent imbriqués dans une situation concrète. Cette fiche réunit la proportionnalité, les pourcentages et leurs grandes applications. Lisez-la dans l'ordre : chaque outil prépare le suivant.

Proportionnalité, ratio et quatrième proportionnelle

Deux grandeurs x et y sont proportionnelles s'il existe un nombre k (le coefficient de proportionnalité) tel que y = k × x, autrement dit k = y ÷ x est constant. Si un seul rapport diffère, ce n'est pas proportionnel.

Situations proportionnelles
Prix à prix unitaire constant
Recette de cuisine, conversion d'unités
Distance à vitesse constante
Périmètre du carré P = 4c
Situations NON proportionnelles
Aire du carré A = c² (quadratique)
Tarif avec abonnement fixe
Âge et taille d'une personne
Températures °C ↔ °F (F = 9/5 × C + 32)

Le test du rapport

Calculer y ÷ x pour chaque paire. Si tous les rapports sont égaux, c'est proportionnel ; si un seul diffère, non. Ne jamais répondre à l'instinct. L'effet d'un agrandissement sur les longueurs, aires et volumes (×k, ×k², ×k³) est détaillé dans la fiche N°15.
Le ratioun partage proportionnel (attendu 2020)

Un ratio a : b exprime comment répartir une quantité en parts proportionnelles. Partager 30 bonbons selon le ratio 2 : 3, c'est faire 2 + 3 = 5 parts égales : une personne reçoit 2 parts (2/5), l'autre 3 parts (3/5).

Ratio 2 : 3 sur 30 → 1 part = 30 ÷ (2 + 3) = 6
Premier : 2 × 6 = 12 · second : 3 × 6 = 18
Vérification : 12 + 18 = 30 ✓

Le ratio est une autre écriture d'une situation de proportionnalité : a : b équivaut au rapport a/b.

Quatrième proportionnelle3 méthodes

« Une voiture consomme 7 L pour 100 km. Combien pour 350 km ? » Trois chemins vers le même résultat.

Coefficient
k = 7 ÷ 100 = 0,07 L/km
350 × 0,07 = 24,5 L
Règle de trois
100 km → 7 L
350 × 7 ÷ 100 = 24,5 L
Linéarité
350 = 300 + 50
21 + 3,5 = 24,5 L

Propriétés du tableau utiles pour aller vite : linéarité additive (additionner deux colonnes), linéarité multiplicative (multiplier une colonne par n), passage par l'unité (revenir à x = 1).

Pourcentages et coefficient multiplicateur

Un pourcentage est une fraction de 100 : 30 % signifie 30/100 = 0,30. Calculer 30 % d'une valeur, c'est la multiplier par 0,30.

CalculMéthodeExemple
t % d'une valeurmultiplier par t ÷ 10030 % de 200 € = 0,30 × 200 = 60 €
une partie en % d'un toutpartie ÷ tout × 10018 sur 24 = 18 ÷ 24 × 100 = 75 %
taux de variation(finale − initiale) ÷ initiale × 100120 → 150 : 30 ÷ 120 × 100 = +25 %

La base d'un taux est toujours la valeur initiale

120 → 150 : on divise par 120 (le départ), pas par 150. Et attention à la formulation : « 20 % de 80 » (= 16) n'est pas « 20 % de plus que 80 » (= 96). Lire au mot près.
Le coefficient multiplicateur (CM)l'outil qui change tout

Au lieu de calculer la hausse puis de l'ajouter, on multiplie en une fois. Augmenter 200 € de 20 % : 200 × (1 + 0,20) = 200 × 1,20 = 240 €. Ce 1,20 est le coefficient multiplicateur.

Augmentation de t % → CM = 1 + t/100
Diminution de t % → CM = 1 − t/100
+25 % → 1,25 · −15 % → 0,85 · −30 % → 0,70

CM > 1 : augmentation. CM entre 0 et 1 : diminution. Retrouver le taux : (CM − 1) × 100.

Valeur initiale et successions de pourcentages

Retrouver la valeur initialediviser par le CM

Un article soldé à −30 % coûte 119 €. On sait que prix initial × 0,70 = 119, donc on fait l'opération inverse.

V_initiale = V_finale ÷ CM
119 ÷ 0,70 = 170 €
Vérification : 170 × 0,70 = 119 € ✓

Erreur fréquente : ajouter 30 % à 119 (= 154,70 €). Les 30 % s'appliquaient sur 170 €, pas sur 119 €.

Successionson multiplie les CM, on n'additionne pas les taux
CM_global = CM₁ × CM₂ × …
+5 % puis +8 % : 1,05 × 1,08 = 1,134 → +13,4 % (et non +13 %)

La 2e variation s'applique sur une base déjà modifiée : les taux ne s'additionnent pas.

SuccessionsCalcul des CMRésultat réel
+20 % puis −20 %1,20 × 0,80 = 0,96−4 % (une perte !)
+50 % puis −50 %1,50 × 0,50 = 0,75−25 %
+10 % puis +10 %1,10 × 1,10 = 1,21+21 %
−10 % puis −10 %0,90 × 0,90 = 0,81−19 %

+20 % puis −20 % ne revient pas à 0 : après +20 % sur 100 €, on a 120 €, et −20 % de 120 € retire 24 € → 96 €. La hausse et la baisse ne jouent pas sur la même base.

Applications : échelle, vitesse, masse volumique, débit

Échelle d'une carte ou d'un plan
Échelle = distance sur le plan ÷ distance réelle (même unité)
d_réelle = d_plan × dénominateur · d_plan = d_réelle ÷ dénominateur

Le résultat de d_plan × dénominateur est en cm : convertir ensuite (÷100 → m, ÷1 000 → km).

Échelle1 cm représenteUsage typique
1/1001 mplan d'appartement
1/1 00010 mplan cadastral
1/25 000250 mcarte IGN de randonnée
1/50 000500 mcarte routière régionale
1/1 000 00010 kmcarte de France
Vitesse, masse volumique, débitla même structure
Vitesse : v = d ÷ t · d = v × t · t = d ÷ v
Masse volumique : ρ = m ÷ V (eau : 1 g/cm³ = 1 kg/L)
Débit : D = V ÷ t

Même triangle de formules : grandeur = quantité ÷ temps (ou ÷ volume).

Heures décimales obligatoires

Avant v = d ÷ t, convertir la durée : minutes ÷ 60. 1h 45min = 1 + 45/60 = 1,75 h (jamais 1,45 h). Conversions utiles : km/h ÷ 3,6 = m/s ; m/s × 3,6 = km/h. Ces grandeurs composées (vitesse, masse volumique, débit) et leurs conversions d'unités sont approfondies dans la fiche N°16.
Le piège de la ficheConceptuel

Piège n°1 : règle de trois sur une situation non proportionnelle

On croit : Carré de côté 3 cm (aire 9 cm²) : « côté ×2, donc aire ×2 = 18 cm² ».

En réalité : A = c² : côté ×2 → aire ×4. Aire du carré de côté 6 cm = 36 cm².

Tester le rapport avant d'appliquer la règle de trois : 9 ÷ 3 = 3 mais 36 ÷ 6 = 6, donc non proportionnel.

Le piège de la ficheTrès fréquent

Piège n°2 : valeur initiale en ajoutant le pourcentage

On croit : Après −30 %, prix = 140 € : « initial = 140 + 30 % de 140 = 182 € ».

En réalité : CM = 0,70 → initial = 140 ÷ 0,70 = 200 € (vérification : 200 × 0,70 = 140).

Toujours diviser la valeur finale par le CM ; les % s'appliquaient sur la valeur initiale.

Le piège de la ficheClassique

Piège n°3 : additionner des taux successifs

On croit : +10 % puis +10 % = +20 %.

En réalité : 1,10 × 1,10 = 1,21 → +21 % : la seconde hausse s'applique sur une base déjà augmentée.

Multiplier les coefficients multiplicateurs, jamais additionner les taux.

Le piège de la ficheTrès fréquent

Piège n°4 : durée et échelle mal converties

On croit : 1h 45min = 1,45 h ; ou 4 cm au 1/50 000 = 200 000 km.

En réalité : 1h 45min = 1,75 h (45 ÷ 60) ; 4 × 50 000 = 200 000 cm = 2 km.

Minutes ÷ 60 pour les durées ; cm × dénominateur donne des cm, à convertir ensuite.

Ce que ça donne à l'écolele regard du futur enseignant

Au cycle 2, la proportionnalité se rencontre sans être nommée : prix d'achats multiples, partages équitables, recettes (manipulation avant formalisation).

Au cycle 3 (BO 2024), les tableaux de proportionnalité, le coefficient, la quatrième proportionnelle, l'échelle et la vitesse sont explicitement au programme, avec trois procédures : retour à l'unité, règle de trois, linéarité. Les pourcentages s'y limitent à « t % d'une quantité » et « exprimer une proportion » (le coefficient multiplicateur et les successions sont du cycle 4).

Erreur typique des élèves : appliquer la règle de trois à une situation non proportionnelle (« Paul a 12 ans et mesure 1,50 m, donc à 24 ans il mesurera 3 m ? »). À travailler explicitement. Lien à mentionner au jury : la proportionnalité est le fondement de la fonction linéaire f(x) = kx (fiche N°14).

Méthode

Trois réflexes pour tout traiter

Vérifier la proportionnalité, construire le bon outil (coefficient, CM, triangle de formules), et toujours contrôler les unités et le résultat. Chaque savoir-faire ci-dessous se termine par une vérification.
MéthodeVérifier et calculer une quatrième proportionnelle
Question type : « Un peintre couvre 18 m² avec 3 L. Quelle surface avec 11 L ? »
1
Vérifier la proportionnalité.
Mêmes conditions → rapport surface/volume constant
2
Calculer (au choix : coefficient, règle de trois, linéarité).
k = 18 ÷ 3 = 6 m²/L → 11 × 6 = 66 m²
3
Vérifier le rapport.
66 ÷ 11 = 6 = 18 ÷ 3 ✓
Checkpointà vous de jouer
30 secondes

Partager 35 € selon le ratio 3 : 4. Combien pour chacun ?

MéthodeAppliquer un pourcentage avec le coefficient multiplicateur
Question type : « Un article coûte 340 €, soldé à −35 %. Prix soldé ? »
1
Construire le CM.
−35 % → CM = 1 − 0,35 = 0,65 (CM < 1 → baisse ✓)
2
Multiplier la valeur par le CM.
340 × 0,65 = 221 €
3
Vérifier.
Réduction = 0,35 × 340 = 119 €, et 340 − 119 = 221 € ✓
Checkpointà vous de jouer
30 secondes

Un loyer de 800 € augmente de 6 %. Nouveau loyer ?

MéthodeRetrouver la valeur initiale
Question type : « Après une baisse de 25 %, un article coûte 90 €. Prix initial ? »
1
Identifier le CM.
−25 % → CM = 0,75
2
Diviser la valeur finale par le CM.
V_initiale = 90 ÷ 0,75 = 120 €
Ne pas ajouter 25 % à 90 (= 112,50 €) : les 25 % s'appliquaient sur 120 €.
3
Vérifier dans le sens direct.
120 × 0,75 = 90 € ✓
Checkpointà vous de jouer
30 secondes

Après +20 %, un prix vaut 144 €. Quel était le prix initial ?

MéthodeEnchaîner des variations successives
Question type : « Après +15 % puis −10 %, un loyer vaut 1 242 €. Loyer initial ? Taux global ? »
1
Construire le CM de chaque variation.
+15 % → 1,15 · −10 % → 0,90
2
Multiplier pour le CM global et lire le taux.
1,15 × 0,90 = 1,035 → +3,5 % global
+15 % puis −10 % ≠ +5 %. La 2e variation s'applique sur la valeur déjà augmentée.
3
Diviser par le CM global pour la valeur initiale.
1 242 ÷ 1,035 = 1 200 €
Checkpointà vous de jouer
30 secondes

Un prix subit +20 % puis −20 %. Quel est le taux global ?

MéthodeRésoudre un problème d'échelle ou de vitesse
Question type : « Plan au 1/50 000, deux points à 4,6 cm. Distance réelle en km ? » et « 315 km en 2h 06min, vitesse ? »
1
Échelle : appliquer la relation, puis convertir.
4,6 × 50 000 = 230 000 cm = 2 300 m = 2,3 km
230 000 cm n'est pas 230 000 km : convertir cm → m → km.
2
Vitesse : convertir la durée en heures décimales.
2h 06min = 2 + 6/60 = 2,1 h
3
Appliquer la formule et vérifier.
v = 315 ÷ 2,1 = 150 km/h
Vérif : 150 × 2,1 = 315 km ✓
Checkpointà vous de jouer
30 secondes

Carte au 1/25 000, 3,2 cm entre deux villages. Distance réelle ?

Méthode bien en tête ? Entraînez-vous.