比例

若存在一常数 ${\displaystyle k}$ ，使：${\displaystyle y=kx}$ ，（${\displaystyle y}$  是因变量，${\displaystyle x}$  是自变量，${\displaystyle k}$  是常数，且 ${\displaystyle k}$ ${\displaystyle \neq }$ ${\displaystyle 0}$ ），

则称变量 ${\displaystyle y}$  与变量 ${\displaystyle x}$  成比例（有时也称为“成正比”）。当 ${\displaystyle x}$  和 ${\displaystyle y}$  成正比关系时，当${\displaystyle x}$  变为原来 ${\displaystyle k}$  倍时，${\displaystyle y}$  也会变为原来的 ${\displaystyle k}$  倍；此时 ${\displaystyle x,y}$  两个变量成线性函数关系或正比例函数关系。这种函数是一次函数 ${\displaystyle y=kx+b}$  取 ${\displaystyle b=0}$  的特殊情况；该关系通常用数学符号 ${\displaystyle \propto }$ ^[2]表示为：${\displaystyle y\propto x}$ ，并称该常数 ${\displaystyle k}$  （${\displaystyle ={\frac {y}{x}}}$ ） 为 比例常数 或 比例系数^[3] 或 比例关系中的常数。

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而增大（或因一个变量的减小而减小），近似地满足线性关系时，我们就可以说这两个变量成正比。

符号和术语

数${\displaystyle A}$ 和${\displaystyle B}$ 的“比”可以表示为^[4]：

• ${\displaystyle A}$ 与${\displaystyle B}$ 之比
• ${\displaystyle A}$ 比${\displaystyle B}$ 
• ${\displaystyle A:B}$ 
• ${\displaystyle A}$ 除以${\displaystyle B}$ 商的分数形式（有理数）
• ${\displaystyle {\frac {A}{B}}}$ 

当“两组比”相等时，表达${\displaystyle A:B}$ 与${\displaystyle C:D}$ 相等的形式为${\displaystyle A:B=C:D}$ 或${\displaystyle A:B::C:D}$ ；口头或书面的表达形式也可以为“${\displaystyle A}$ 比${\displaystyle B}$ 等于${\displaystyle C}$ 比${\displaystyle D}$ ”。而${\displaystyle A,B,C,D}$ 有特定的名称：${\displaystyle A,D}$ 称为比例的外项，${\displaystyle B,C}$ 称为比例的内项。

两个比例之间也可以互相比较，若两个比例相等（即其比值相同），则称这个相等关系为等比关系。

例如，${\displaystyle y:x=u:o}$ 是等比关系，则：${\displaystyle xu=yo}$ 。

需要注意的是：如果第二项等于第三项，例如：${\displaystyle y:x=x:z}$ ${\displaystyle (x,z\neq 0)}$ ，则：${\displaystyle x^{2}=yz\rightarrow x={\sqrt {yz}}}$ ，或${\displaystyle x=-{\sqrt {yz}}}$ ，${\displaystyle x}$ 称为${\displaystyle y}$ 与${\displaystyle z}$ 的几何平均数（geometric mean）^[5]。

如果${\displaystyle y}$ 与${\displaystyle x}$ 是可通约的（或称“可通分的”），那么它们之间存在一个公约数（common measure），用${\displaystyle m\;(m\in \mathbb {R} )}$ 表示。使：${\displaystyle y=mp,x=mq\;(p,q\in \mathbb {Z} )}$ 。

此时，${\displaystyle y:x}$ 就相等于${\displaystyle p,q}$ 的比，即：${\displaystyle y:x=mp:mq=p:q}$ ，

那么，${\displaystyle y:x}$ 就称为可通约比（commensurable ratio）（或称“可通分比”），${\displaystyle {\frac {p}{q}}}$ 称为分数，其比值称为有理数；反之，若不存在公约数，${\displaystyle y:x}$ 就称为不可通约比（incommensurable ratio）（或称“不可通分比”），其比值称为无理数，即“无法表示为分数的数。”

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^[6]：

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^[7]

在一个均匀运动中，两段距离的比例相等于它们所需时间的比例。

阿基米德所要描述的，就是匀速运动，但是古希腊数学并不接受距离与时间的比例^[8] （亦即速率），因为它们是不一样的数量，所以他没有办法直接说：“均匀运动就是每一点上的速率皆相等”。当采用古希腊的比例论来叙述时，必须取两段距离${\displaystyle L_{1}}$ 与${\displaystyle L_{2}}$ 以及所需时间${\displaystyle T_{1}}$ 与${\displaystyle T_{2}}$ ，均匀运动（匀速运动）就是${\displaystyle L_{1}:L_{2}=T_{1}:T_{2}}$ 。

• 假设某人以匀速运动，则其运动的距离是和运动的时间成正比的，所以速度就是当中的比例常数。
• 圆的周长与其直径成正比，当中的比例常数就是π。
• 在按比例尺绘制的地图上，地图上任意两点间的距离是和该两点所代表的实际地点之间的距离成比例的，当中的比例常数即是绘制该地图所使用的比例尺系数。
• 物理学中，地球的重力对在海平面上的某物体的作用力的数值与该物体的质量成正比，当中的比例常数是地球的重力加速度。

因为： ${\displaystyle y=kx}$  ，等同于 ${\displaystyle x={\frac {y}{k}},(k\neq 0)}$ ；因此可推出，若 ${\displaystyle y}$  与 ${\displaystyle x}$  之间存在正比关系，则 ${\displaystyle x}$  与 ${\displaystyle y}$  之间也存在正比关系。${\displaystyle y}$  与 ${\displaystyle x}$  的正比关系也可以被解读为一条在二维直角坐标系穿过原点的直线，其斜率为比例常数${\displaystyle k}$ 。

比例关系中，位于两端的两数（外项）之积等于位于中间的两数（内项）之积。即：${\displaystyle {\frac {a}{b}}={\frac {c}{d}}\iff ad=bc}$ 

在上面定义中，我们说有时称两个成比例的变量成正比例，这是为了和反比例关系相对应：

如果两变量中，一个变量和另外一个变量的倒数成正比；或同样的：若这两变量的乘积是一个常数，则称这两个变量成反比例（或相反地变化)的，从而可继续推出：若存在一非零常数${\displaystyle k}$ ，使：${\displaystyle y={\frac {k}{x}}}$ ${\displaystyle (x\neq 0)}$ ，则变量${\displaystyle y}$ 和变量${\displaystyle x}$ 成反比。

反比例关系的概念基本上说明的是这样一种关系，即：当一个变量的值变大时，另一变量的值相应变小，且两者之积总是保持为一常数（即比例常数）。举例来说：运动中的车辆走完一段路程所花费的时间是和这辆车运动的速度成反比的；在地上挖个坑所花的时间也（大致地）和雇来挖坑的人数成反比的。

在笛卡尔坐标平面上，两个具有反比例关系的变量的图形是一对双曲线，该图线上的每一点的 X 和 Y 坐标值之积总是等于比例常数${\displaystyle k}$ 。由于${\displaystyle k}$ 非零，所以图线不会与坐标轴相交。

若变量${\displaystyle y}$ 与变量${\displaystyle x}$ 的指数函数成正比，即：若存在非零常数${\displaystyle k}$ ，使：${\displaystyle y=ka^{x}}$ ，则称${\displaystyle y}$ 与${\displaystyle x}$ 成指数比例。

类似地，若变量${\displaystyle y}$ 与变量${\displaystyle x}$ 的对数函数成正比，即：若存在非零常数${\displaystyle k}$ ，使：${\displaystyle y=k\log _{a}{x}}$ ，则称${\displaystyle y}$ 与${\displaystyle x}$ 成对数比例。

用实验方法确定两个物理量是否具有正比关系，可采用这样的办法：

即进行多次测量，并在笛卡尔坐标系中将这些测量结果用多个点来表示，以此绘制出这些点的分布图形；

如果所有点完全（或接近）地落在一条穿过原点${\displaystyle (0,0)}$ 的直线上，则这两个变量（很有可能）具有比例常数等于该直线斜率的正比关系。

• Khan Academy: Ratios and rational expressions, free online micro lectures （页面存档备份，存于互联网档案馆）（英文）

• 比率
• 相似性
• 比例字体
• 相关性
• 三数法则（英语：Rule of three (mathematics)）
• 比例论