Grandezas diretamente e inversamente proporcionais

Em muitas situações, duas grandezas estão relacionadas. A quantidade comprada e o preço pago, a velocidade e o tempo de uma viagem, o número de trabalhadores e o tempo necessário para realizar determinada tarefa são alguns exemplos.

Entretanto, o fato de duas grandezas variarem ao mesmo tempo não significa necessariamente que elas sejam proporcionais. Para existir proporcionalidade, a variação precisa obedecer a uma relação específica.

Nesta postagem, vamos aprender a reconhecer grandezas diretamente proporcionais e inversamente proporcionais, determinar a constante de proporcionalidade e distinguir relações proporcionais de situações em que as grandezas apenas variam conjuntamente.

Habilidade da BNCC EM13MAT314 — Resolver e elaborar problemas que envolvem grandezas determinadas pela razão ou pelo produto de outras, como velocidade, densidade demográfica, energia elétrica, entre outras.

1. O que são grandezas?

Uma grandeza é uma característica que pode ser medida ou expressa numericamente.

São exemplos de grandezas: comprimento, massa, tempo, temperatura, velocidade, área, volume, quantidade de produtos e preço.

Considere uma pessoa comprando garrafas de água de mesmo preço. Podemos observar duas grandezas: quantidade de garrafas compradas e valor total da compra.

Se cada garrafa custa R$ 3,00, temos:

Quantidade de garrafasValor total
1R$ 3,00
2R$ 6,00
3R$ 9,00
4R$ 12,00

Quando a quantidade de garrafas varia, o valor total também varia. Existe, portanto, uma relação entre essas duas grandezas.

Mas precisamos investigar como essa variação acontece.

Se comprarmos o dobro de garrafas:

1 → 2

o preço também dobra:

3 → 6

Se comprarmos o triplo:

1 → 3

o preço também triplica:

3 → 9

Esse comportamento é característico de grandezas diretamente proporcionais.

2. Grandezas diretamente proporcionais

Duas grandezas são diretamente proporcionais quando a variação de uma provoca a mesma variação proporcional na outra.

Isso significa, por exemplo, que:

se uma dobra, a outra também dobra;
se uma triplica, a outra também triplica;
se uma é dividida por 2, a outra também é dividida por 2.

Exemplo 1 — Quantidade e preço

Uma papelaria vende cadernos iguais por R$ 8,00 cada.

CadernosPreço
1R$ 8,00
2R$ 16,00
3R$ 24,00
5R$ 40,00

Ao passar de 1 para 2 cadernos, multiplicamos a quantidade por 2:

1 × 2 = 2

O preço também foi multiplicado por 2:

8 × 2 = 16

Agora passamos de 1 para 3 cadernos:

1 × 3 = 3

O preço também é multiplicado por 3:

8 × 3 = 24

Portanto, quantidade de cadernos e preço total são diretamente proporcionais, desde que o preço de cada caderno permaneça constante.

A razão permanece constante

Vamos dividir o preço pela quantidade de cadernos.

81 = 8
162 = 8
243 = 8
405 = 8

O resultado é sempre o mesmo: 8. Esse valor é chamado de constante de proporcionalidade. Nesse problema, representa o preço de um caderno: R$ 8,00 por caderno.

Pratique

Uma loja vende caixas iguais de lápis por R$ 6,00 cada.

1. Complete a tabela.
CaixasPreço
1R$ 6,00
3?
5?
8?
2. Quantas vezes a quantidade de caixas aumenta quando passamos de 1 para 5 caixas? O que acontece com o preço?
3. Calcule a razão entre o preço e a quantidade para 3, 5 e 8 caixas.
Ver respostas
1. Como cada caixa custa R$ 6,00:
3 × 6 = 18
5 × 6 = 30
8 × 6 = 48
CaixasPreço
1R$ 6,00
3R$ 18,00
5R$ 30,00
8R$ 48,00
2. De 1 para 5 caixas, a quantidade foi multiplicada por 5. O preço também:
6 × 5 = 30
Isso confirma o comportamento de uma proporcionalidade direta.
3.
183 = 6
305 = 6
488 = 6
A razão permanece constante e vale 6.

3. Constante de proporcionalidade direta

Vamos representar as duas grandezas por letras:

x = primeira grandeza
y = segunda grandeza

Se as grandezas são diretamente proporcionais, a razão entre y e x permanece constante:

yx = k

A letra k representa a constante de proporcionalidade.

Multiplicando os dois lados por x:

x · yx = k · x

No lado esquerdo, o x do numerador e o x do denominador se simplificam, desde que x seja diferente de zero. Assim:

y = kx

Isso significa que cada valor de x é multiplicado pela mesma constante k para produzir o valor correspondente de y.

Exemplo 2 — Encontrando a constante

Uma máquina produz 120 peças em 3 horas, mantendo sempre o mesmo ritmo de produção.

Temos:

x = 3 horas
y = 120 peças

Calculamos a constante:

k = 1203 = 40

Isso significa que a máquina produz 40 peças por hora. Portanto:

y = 40x

Quantas peças serão produzidas em 7 horas?

y = 40 · 7
y = 280

Portanto, mantendo o mesmo ritmo, a máquina produzirá 280 peças em 7 horas.

Exemplo 3 — Encontrando um valor desconhecido

Duas grandezas x e y são diretamente proporcionais. Sabemos que x = 4 corresponde a y = 18. Qual será o valor de y quando x = 10?

Primeiro determinamos a constante:

k = 184 = 4,5

Logo:

y = 4,5x

Para x = 10:

y = 4,5 · 10
y = 45

Portanto, quando x = 10, temos y = 45.

Pratique

Duas grandezas x e y são diretamente proporcionais. Quando x = 6, temos y = 24.

1. Determine a constante de proporcionalidade.
2. Escreva a relação entre x e y.
3. Determine y quando x = 15.
Ver respostas
1.
k = 246 = 4
2. Como y = kx e k = 4:
y = 4x
3.
y = 4 · 15
y = 60
Portanto, quando x = 15, temos y = 60.

4. Grandezas inversamente proporcionais

Nem sempre duas grandezas variam no mesmo sentido. Em algumas situações, quando uma aumenta, a outra diminui de maneira proporcional.

Exemplo — Velocidade e tempo

Considere uma viagem de 240 km.

Se o veículo mantiver velocidade média de 60 km/h, o tempo será:

24060 = 4

Portanto, serão necessárias 4 horas.

Se a velocidade passar para 120 km/h:

240120 = 2

O tempo passa para 2 horas.

A velocidade dobrou:

60 → 120

e o tempo foi reduzido à metade:

4 → 2

Mantendo fixa a distância de 240 km, velocidade e tempo apresentam uma relação de proporcionalidade inversa.

Duas grandezas são inversamente proporcionais quando, ao multiplicarmos uma delas por determinado número, a outra é dividida por esse mesmo número.

se uma dobra, a outra é reduzida à metade;
se uma triplica, a outra é reduzida à terça parte;
se uma é dividida por 4, a outra é multiplicada por 4.

Atenção: no exemplo da viagem, estamos supondo que a distância permanece a mesma. As condições mantidas constantes fazem parte da análise da proporcionalidade.

5. O produto constante na proporcionalidade inversa

Observe novamente a viagem de 240 km:

VelocidadeTempo
40 km/h6 h
60 km/h4 h
80 km/h3 h
120 km/h2 h

Multiplicando os valores correspondentes:

40 · 6 = 240
60 · 4 = 240
80 · 3 = 240
120 · 2 = 240

O produto permanece constante. Portanto:

x · y = k

Nesse caso, k = 240, que corresponde à distância mantida fixa.

Isolando y:

y = kx

Exemplo — Determinando um valor em uma relação inversa

Duas grandezas x e y são inversamente proporcionais. Quando x = 5, temos y = 12. Determine y quando x = 15.

Primeiro calculamos a constante:

5 · 12 = k
k = 60

Portanto:

y = 60x

Para x = 15:

y = 6015 = 4

Portanto, quando x = 15, temos y = 4.

Também podemos interpretar pela variação: x foi multiplicado por 3, pois 5 × 3 = 15. Como as grandezas são inversamente proporcionais, y é dividido por 3:

12 ÷ 3 = 4

Pratique

Duas grandezas x e y são inversamente proporcionais. Quando x = 8, temos y = 15.

1. Determine a constante de proporcionalidade.
2. Escreva a relação entre x e y.
3. Determine y quando x = 20.
Ver respostas
1.
8 · 15 = k
k = 120
2.
y = 120x
3.
y = 12020 = 6
Portanto, quando x = 20, temos y = 6.

6. Como distinguir proporcionalidade direta e inversa

Considere primeiro:

xy
26
412
618
824

Calculando y/x:

6 ÷ 2 = 3
12 ÷ 4 = 3
18 ÷ 6 = 3
24 ÷ 8 = 3

A razão permanece constante. Portanto, as grandezas são diretamente proporcionais e:

y = 3x

Agora considere:

xy
224
412
68
86

Calculando os produtos:

2 · 24 = 48
4 · 12 = 48
6 · 8 = 48
8 · 6 = 48

O produto permanece constante. Portanto, as grandezas são inversamente proporcionais e:

y = 48x
Para testar proporcionalidade direta: verificamos se a razão entre valores correspondentes permanece constante.

Para testar proporcionalidade inversa: verificamos se o produto dos valores correspondentes permanece constante.

Pratique

1.

xy
210
315
525
735

2.

xy
230
320
512
610

Classifique cada relação como diretamente proporcional, inversamente proporcional ou não proporcional.

Ver respostas
1. Calculando y/x:
10 ÷ 2 = 5
15 ÷ 3 = 5
25 ÷ 5 = 5
35 ÷ 7 = 5
A razão é constante. Portanto, as grandezas são diretamente proporcionais.
2. Calculando os produtos:
2 · 30 = 60
3 · 20 = 60
5 · 12 = 60
6 · 10 = 60
O produto é constante. Portanto, as grandezas são inversamente proporcionais.

7. Nem toda relação entre duas grandezas é proporcional

Duas grandezas podem aumentar juntas sem serem diretamente proporcionais. Da mesma forma, uma pode aumentar enquanto a outra diminui sem que exista proporcionalidade inversa.

Exemplo 1 — Uma relação crescente que não é diretamente proporcional

Imagine um serviço de transporte que cobra R$ 6,00 de tarifa inicial + R$ 2,00 por quilômetro percorrido.

DistânciaPreço
1 kmR$ 8,00
2 kmR$ 10,00
3 kmR$ 12,00
4 kmR$ 14,00

A distância aumenta e o preço também aumenta. Porém, precisamos testar a proporcionalidade.

8 ÷ 1 = 8
10 ÷ 2 = 5
12 ÷ 3 = 4

As razões não são iguais. Portanto, distância e preço não são diretamente proporcionais.

Também podemos perceber isso ao dobrar a distância de 1 km para 2 km. Se houvesse proporcionalidade direta, R$ 8,00 deveria dobrar para R$ 16,00. Entretanto, o preço passa para R$ 10,00.

A tarifa inicial de R$ 6,00 impede a proporcionalidade direta.

Exemplo 2 — Aumentar e diminuir não é suficiente

xy
110
28
37
46

Quando x aumenta, y diminui. Para verificar se existe proporcionalidade inversa, calculamos os produtos:

1 · 10 = 10
2 · 8 = 16
3 · 7 = 21
4 · 6 = 24

Os produtos não são constantes. Portanto, as grandezas não são inversamente proporcionais.

Pratique

xy
17
29
311
413

As grandezas são diretamente proporcionais?

Ver respostas

Não. Calculando algumas razões:

7 ÷ 1 = 7
9 ÷ 2 = 4,5

Como as razões já são diferentes, não existe proporcionalidade direta. O fato de x e y aumentarem juntos não é suficiente.

8. Aplicações da proporcionalidade

Exemplo 1 — Produção em ritmo constante

Uma máquina produz 150 peças em 5 horas, mantendo um ritmo constante. Quantas peças produzirá em 8 horas?

Tempo e quantidade produzida são diretamente proporcionais nessas condições. Primeiro calculamos a produção por hora:

k = 1505 = 30

A máquina produz 30 peças por hora. Portanto:

y = 30x

Para 8 horas:

y = 30 · 8
y = 240

Portanto, mantendo o mesmo ritmo, a máquina produzirá 240 peças em 8 horas.

Exemplo 2 — Velocidade e tempo

Um veículo precisa percorrer uma distância fixa de 360 km. A 60 km/h, o tempo é:

36060 = 6 horas

Quanto tempo levaria para percorrer os mesmos 360 km a 90 km/h?

Como a distância permanece fixa, velocidade e tempo são inversamente proporcionais:

60 · 6 = 360
90 · x = 360

Dividindo por 90:

x = 36090 = 4

Portanto, a 90 km/h, o percurso levaria 4 horas.

Exemplo 3 — Trabalhadores e tempo

Uma equipe de 6 trabalhadores realiza determinado serviço em 10 dias. Suponha que todos trabalhem no mesmo ritmo e que o serviço possa ser dividido igualmente entre eles.

Em quantos dias 12 trabalhadores realizariam o mesmo serviço?

A quantidade de trabalhadores dobrou:

6 × 2 = 12

Como a relação é inversa, o tempo é dividido por 2:

10 ÷ 2 = 5

Podemos confirmar pelo produto constante:

6 · 10 = 60
12 · x = 60
x = 6012 = 5

Portanto, nas condições estabelecidas, 12 trabalhadores realizariam o serviço em 5 dias.

Pratique

1. Uma torneira fornece 18 litros de água por minuto, mantendo a mesma vazão. Quantos litros fornecerá em 7 minutos?
2. Um percurso fixo é realizado em 8 horas a determinada velocidade. Se a velocidade for duplicada, qual será o novo tempo?
3. Oito máquinas iguais realizam determinado trabalho em 15 horas. Supondo que todas trabalhem no mesmo ritmo e simultaneamente, em quanto tempo 12 máquinas iguais realizariam o mesmo trabalho?
Ver respostas
1. Tempo e volume são diretamente proporcionais:
18 · 7 = 126
Portanto, serão fornecidos 126 litros.
2. Para uma distância fixa, velocidade e tempo são inversamente proporcionais. Se a velocidade dobra:
8 ÷ 2 = 4
O novo tempo será de 4 horas.
3.
8 · 15 = 120
12 · x = 120
x = 12012 = 10
Portanto, 12 máquinas realizarão o trabalho em 10 horas.

9. Representação gráfica da proporcionalidade

Os gráficos ajudam a perceber visualmente que a proporcionalidade direta e a inversa apresentam comportamentos diferentes.

Na proporcionalidade direta y = 2x, temos:

xy
00
12
24
36
48

Na proporcionalidade inversa y = 12x, alguns pares são:

xy
112
26
34
43
62
121

Proporcionalidade direta: y = 2x

0 1 2 3 4 2 4 6 8 x y

Proporcionalidade inversa: y = 12/x

1 2 3 4 6 12 x y

No primeiro gráfico, os pontos ficam alinhados em uma reta que passa pela origem (0, 0). Isso acontece porque, em uma proporcionalidade direta, y = kx e, quando x = 0, também temos y = 0.

No segundo gráfico, os pontos formam uma curva. À medida que x aumenta, y diminui, mantendo constante o produto x · y = 12.

10. Revisão e aprofundamento

1. Uma gráfica imprime 250 páginas em 5 minutos, mantendo um ritmo constante.

a) Qual é a constante de proporcionalidade entre o número de páginas e o tempo?
b) Quantas páginas serão impressas em 12 minutos?
2. Considere a tabela:
xy
214
428
642
1070
Determine se x e y são diretamente proporcionais e justifique.
3. Duas grandezas x e y são diretamente proporcionais. Quando x = 8, temos y = 20.

a) Determine a constante de proporcionalidade.
b) Escreva a relação entre x e y.
c) Determine y quando x = 14.
4. Considere:
xy
324
418
612
89
Verifique se as grandezas são inversamente proporcionais e justifique.
5. Duas grandezas x e y são inversamente proporcionais. Quando x = 5, y = 18. Determine y quando x = 15.
6. Uma viagem de distância fixa é realizada em 6 horas a uma velocidade média de 80 km/h. Mantendo a mesma distância, quanto tempo seria necessário se a velocidade média fosse de 120 km/h?
7. Dez trabalhadores, com o mesmo ritmo de trabalho, realizam determinado serviço em 18 dias. Supondo que o trabalho possa ser dividido igualmente, em quantos dias 15 trabalhadores realizariam o mesmo serviço?
8. Considere:
xy
15
28
311
414
As grandezas são diretamente proporcionais, inversamente proporcionais ou não proporcionais? Justifique matematicamente.
9. Não. Por exemplo:
Para 1 km: 20 + 4 · 1 = 24
Para 2 km: 20 + 4 · 2 = 28
Se houvesse proporcionalidade direta, ao dobrar a distância de 1 km para 2 km, o preço de R$ 24,00 também deveria dobrar. Isso não acontece por causa da taxa fixa de R$ 20,00.
10. Uma grandeza y relaciona-se com x por:
y = 48x
a) A relação é de proporcionalidade direta ou inversa?
b) Qual é a constante de proporcionalidade?
c) Determine y para x = 6.
d) Determine x para y = 3.
Gabarito
1.
a)
k = 2505 = 50
A gráfica imprime 50 páginas por minuto.

b)
y = 50 · 12
y = 600
Portanto, serão impressas 600 páginas.
2. Calculando y/x:
14 ÷ 2 = 7
28 ÷ 4 = 7
42 ÷ 6 = 7
70 ÷ 10 = 7
A razão permanece constante. Portanto, as grandezas são diretamente proporcionais e y = 7x.
3.
a)
k = 208 = 2,5
b) y = 2,5x.

c)
y = 2,5 · 14
y = 35
4.
3 · 24 = 72
4 · 18 = 72
6 · 12 = 72
8 · 9 = 72
O produto permanece constante. Portanto, as grandezas são inversamente proporcionais, com k = 72.
5.
5 · 18 = 90
15 · y = 90
y = 9015 = 6
Portanto, y = 6.
6.
80 · 6 = 480
120 · t = 480
t = 480120 = 4
Portanto, seriam necessárias 4 horas.
7.
10 · 18 = 180
15 · t = 180
t = 18015 = 12
Portanto, 15 trabalhadores realizariam o serviço em 12 dias.
8. Primeiro testamos a proporcionalidade direta:
5 ÷ 1 = 5
8 ÷ 2 = 4
As razões são diferentes.

Agora testamos a proporcionalidade inversa:
1 · 5 = 5
2 · 8 = 16
Os produtos também são diferentes. Portanto, as grandezas não são proporcionais.
9. Não. Por exemplo:
Para 1 km: 20 + 4 · 1 = 24
Para 2 km: 20 + 4 · 2 = 28
Se houvesse proporcionalidade direta, ao dobrar a distância de 1 km para 2 km, o preço de R$ 24,00 também deveria dobrar. Isso não acontece por causa da taxa fixa de R$ 20,00.
10.
a) Proporcionalidade inversa.
b) k = 48.

c)
y = 486 = 8
Logo, y = 8.

d)
3 = 48x
3x = 48
x = 16
Portanto, x = 16.
www.matematicafc.com - material autoral para estudo e prática.