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比例・反比例の利用 ── 速さ・歯車・密度などの実例

4章のしめくくり。比例・反比例の関係は 身近な現象に山ほどあります。今回は速さ・歯車・密度の3つを例に、関係を見抜いて式を立て、解く流れを身につけます。

関係を見抜くコツ:「2倍にしたら?」

比例か反比例かの見分け方
  1. 1つの量を2倍にしたとき、もう1つの量はどうなる?
  2. 2倍になる → 比例 / 1/2倍になる → 反比例 / 関係なし → どちらでもない

応用1:速さの問題

例題:12 km の道のりを、速さ x km/時で進むと y 時間かかる。x と y の関係は?

x が2倍(速くなる) → y は1/2倍(速く着く) → 反比例

距離 = 速さ × 時間 → 12 = x × y → y = 12/x

時速 4 km なら:y = 12/4 = 3時間

時速 6 km なら:y = 12/6 = 2時間

例題:時速 60 km で x 時間走ると y km 進む。x と y の関係は?

x が2倍(時間が2倍) → y も2倍(距離も2倍) → 比例

y = 60x (比例定数 60)

応用2:歯車(はぐるま)

例題:歯数 a の歯車Aと歯数 b の歯車Bがかみ合っている。Aが x 回転する間にBは y 回転する。

かみ合う歯数は同じだから、A の歯数×回転数 = B の歯数×回転数

  a × x = b × y

a と b が決まっていれば、xy = (b/a) × x² のような … いや、整理すると:

y = (a/b) × x ── これは x について比例

具体例:歯数36のAと歯数12のBがかみ合うとき、a/b = 3。Aが1回転するとBは3回転(B が小さいから速く回る)。

別の見方:歯数 x の歯車と、それにかみ合う固定の歯車(歯数12)の回転数 y

かみ合う歯数:x × y = 12 × (固定の回転数)= 一定

反比例 xy = 一定

歯数が大きいほどゆっくり回り、小さいほど速く回る。

応用3:密度(みつど)と体積・質量

例題:密度 8 g/cm³ の鉄の質量 y g と体積 x cm³

質量 = 密度 × 体積

  y = 8x → 比例

体積 100 cm³ → 質量 800 g、 体積 250 cm³ → 質量 2000 g

例題:質量 100 g の品物が x 個入った袋の重さ y g

y = 100x → 比例(個数倍)

表を使って関係を見つける

テスト問題でよくあるのが「表が与えられていて、式を立てる」パターン。y/x を計算して一定なら比例、xy を計算して一定なら反比例と判定できます。

表から比例・反比例を判定する 表の例 y/x を計算 xy を計算 判定 x: 1,2,3,4 y: 5,10,15,20 5,5,5,5(一定) 5,20,45,80(変化) 比例 y=5x x: 1,2,3,6 y: 12,6,4,2 12,3,1.3...(変化) 12,12,12,12(一定) 反比例 y=12/x
図1:表から関係を判定する

練習問題

問題1(速さ)
家から学校までの 1200 m を、毎分 x m の速さで歩くと y 分かかる。
  1. y を x の式で表しなさい。
  2. 毎分 60m なら何分かかるか。
  3. 10分で着きたいときの速さは?
答えを見る

(1) 距離=速さ×時間 → 1200 = x×y → y = 1200/x

(2) y = 1200/60 = 20分

(3) 10 = 1200/x → x = 1200/10 = 毎分120m

問題2(密度)
アルミニウムは密度 2.7 g/cm³。アルミニウム x cm³ の質量を y g とする。
  1. y を x の式で表しなさい。
  2. 50 cm³ のアルミの質量は?
  3. 質量 540 g のアルミの体積は?
答えを見る

(1) y = 2.7x

(2) y = 2.7×50 = 135 g

(3) 540 = 2.7x → x = 540/2.7 = 200 cm³

問題3(判別)
次の関係を比例・反比例・どちらでもない、で答えなさい。
  1. 1辺 x cm の正方形の周の長さ y cm
  2. 面積 24 cm² の長方形の縦 x cm、横 y cm
  3. 1辺 x cm の正方形の面積 y cm²
答えを見る

(1) y = 4x → 比例

(2) xy = 24 → 反比例

(3) y = x² → どちらでもない(2次の関係)

まとめ ── 4章のおさらい

  • 身近な現象には 比例・反比例の関係がたくさん。
  • 判別法:「2倍にしたとき同じ倍率→比例、逆数倍→反比例」または「y/x が一定→比例、xy が一定→反比例」。
  • 速さ:時間で表すと反比例(距離一定)、距離で表すと比例(時間×速さ)。
  • 4章の流れ:関数 → 比例 → 座標 → 比例グラフ → 比例の式の求め方 → 反比例 → 反比例グラフ → 利用
  • 次章「5章 平面図形」では、図形の世界に入る。