U8 比及比例 必考公式

比(Ratio)是比較兩個同類量 $a$ 與 $b$ 的關係,記作 $a:b$ 或 $\frac{a}{b}$。比例(Proportion)則是兩個比相等的關係,即 $a:b = c:d$。此課題是解決分數、百分數、速率、相似圖形等問題的基礎。

1 比的基本性質與化簡

比的定義與性質

若 $a$ 與 $b$ 為兩個同類量,且 $b \neq 0$,則 $a$ 與 $b$ 的比為 $a:b$ 或 $\frac{a}{b}$。比沒有單位。比具有以下基本性質:若 $k \neq 0$,則 $a:b = (k \times a):(k \times b)$。化簡比即是將 $a$ 和 $b$ 同時除以它們的最大公因數(H.C.F.)。

$$ a:b = \frac{a}{b} = \frac{a \div d}{b \div d} \quad \text{其中 } d = \text{H.C.F.}(a, b) $$
a b a : b

2 比例與比例式

比例的基本性質

若兩個比 $a:b$ 和 $c:d$ 相等,則構成一個比例式 $a:b = c:d$ 或 $\frac{a}{b} = \frac{c}{d}$。其中 $a$ 和 $d$ 稱為外項,$b$ 和 $c$ 稱為內項。比例的基本性質是:外項積等於內項積。

$$ \text{若 } a:b = c:d \text{,則 } a \times d = b \times c $$

正比例與反比例

當兩個變量 $x$ 和 $y$ 滿足 $y = kx$($k$ 為非零常數)時,稱 $y$ 與 $x$ 成正比例。當兩個變量 $x$ 和 $y$ 滿足 $xy = k$ 或 $y = \frac{k}{x}$($k$ 為非零常數)時,稱 $y$ 與 $x$ 成反比例。

$$ \text{正比例:} y \propto x \Rightarrow y = kx $$
$$ \text{反比例:} y \propto \frac{1}{x} \Rightarrow xy = k \text{ 或 } y = \frac{k}{x} $$

3 比例分配與應用

按給定比例分配

將一個總量 $T$ 按比例 $a:b:c$ 分配給三個部分。設公倍數為 $k$,則各部分的值分別為 $ak$、$bk$、$ck$。它們的總和等於 $T$,由此可求出 $k$,再計算各部分的值。

$$ ak + bk + ck = T \Rightarrow k = \frac{T}{a+b+c} $$
總量 T a 份 b 份 c 份 比例 a : b : c

4 連比與比例常數

求連比

已知 $a:b = m:n$ 和 $b:c = p:q$,要求 $a:b:c$ 的連比。關鍵是令 $b$ 的值在兩個比中一致。先將第一個比化為 $a:b = m:n$,第二個比化為 $b:c = p:q$。取 $b$ 的最小公倍數(L.C.M.)作為橋樑,將兩個比擴分後合併。

$$ \text{設 } a:b = m:n = mp:np, \quad b:c = p:q = np:nq $$
$$ \therefore a:b:c = mp:np:nq $$

設 $k$ 法

當題目中給出如 $a:b = 2:3$ 時,常設 $a=2k$,$b=3k$($k \neq 0$)。這能將比例關係轉化為代數方程,方便求解。此方法在處理涉及比例的和、差、乘積問題時非常有效。

$$ \text{若 } a:b = m:n \text{,則設 } a = mk, \quad b = nk $$

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