比例
3在数学中,比例是两个非零数量与
之间的比较关系,记为
,在计算时则更常写为
或
。若两个变量的关系符合其中一个量是另一个量乘以一个常数(
),或等价地表达为两变数之比率为一个常数(称为比值,
),则称两者是成比例的。
如果与
是可通约的,亦即它们之间存在一个公测量(common measure)
使得
,
就相等于两个整数的比:
,那么
就称为可通约比(commensurable ratio),
称为一个分数,其比值称为有理数;否则,如果不存在一个公测量,
就称为不可通约比(incommensurable ratio),其比值称为无理数,亦即无法表达为分数的数。
两个比例之间也可以互相比较。如果两个比例相等,亦即,它们的比值相同,这个相等关系称为一个等比关系,例如,是一个等比关系,其中
。特别是,如果第二项等于第三项,例如
,那么
,
称为
与
的几何平均数(geometric mean)。
定义
若存在一非零常数使
则称变量与变量
成比例(有时也称为成正比)。当
和
成正比关系,表示当
变为原来
倍时,
也会变为原来的
倍。
是因变量
是自变量
则是变分常数,而
不等于
。如
,则不能成立正比关系。也就是说,
两个变量成线性函数关系。
该关系通常用()表示为:
并称该常数比率
为比例常数或比例关系中的比例恒量。
在日常生活中,正比这个词的使用并不严格局限于线性函数,一般来说,一个变量随着另一个变量的增大/缩小而相应地增大/缩小,近似地满足线性关系的时候,我们可以说这两个变量成正比。
用法与历史
现代数学对于比例的用法并没有严格限制,例如,在一个班级里面,我们可以说:“男孩与女孩的比例是2比1”。然而,在古希腊数学中,由于比例是用来表示倍数关系,所以必须是相同种类的数量才能构成比例,例如,欧几里得在《几何原本》第五册中如此定义比例:
λόγος ἐστὶ δύο μεγεθῶν ὁμογενῶν ἡ κατὰ πηλικότητά ποια σχέσις.
A ratio is a sort of relation in respect of size between two magnitudes of the same kind.
比例是两个同类数量之间的大小关系。
阿基米德使用这个定义来叙述均匀运动(uniform motion)的等比关系: