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Preuve — Maths — Fonctions linéaires (3ᵉ)

3ᵉ · « Les fonctions linéaires : reconnaître et utiliser la proportionnalité ». Une fiche de séance complète, produite avec les instructions du Projet de ce site et le programme officiel du niveau.

⚠ Exemple produit avec les instructions du Projet de ce site et le programme officiel du niveau (juin 2026). Généré par IA, non relu par un humain : à vérifier (faits, attendus du programme, calculs) et à adapter à votre classe avant tout usage — l'IA propose, vous validez.
Ce ne sont pas des modèles. Ces fiches sont des pistes — des idées de mise en œuvre, parfois inégales — et non un cadre à reproduire. Le professeur reste le concepteur de sa séance : à vous de choisir les supports, les démarches, la forme de la trace écrite, et d'exercer votre agentivité. Copier sans adapter, c'est risquer des séances stéréotypées. La vraie plus-value : gagner du temps de dégrossissage — surtout en début de carrière — puis reprendre la main. Vérifiez toujours les sources (l'IA peut fabriquer de faux extraits : n'utilisez que des documents réels que vous avez vérifiés).

1. La fiche de séance (les instructions du Projet)

Fiche de séance — Les fonctions linéaires : reconnaître et utiliser la proportionnalité (3ᵉ)

Informations générales

Élément Détail
Discipline / niveau Mathématiques — 3ᵉ (cycle 4)
Thème du programme Thème B « Organisation et gestion de données, fonctions » — « Comprendre et utiliser la notion de fonction » et « Résoudre des problèmes de proportionnalité »
Titre de la séance Les fonctions linéaires : reconnaître et utiliser la proportionnalité
Créneau 55 min (≈ 45 min effectives, accueil, appel, installation et rangement déduits)
Place dans la séquence Séance 2-3 de la séquence « Fonctions » (la notion de fonction, image, antécédent, notation f(x) a déjà été introduite). Suivront : fonctions affines, comparaison linéaire / affine, pourcentages.
Pré-requis Proportionnalité et coefficient (cycle 3, début cycle 4) ; notion de fonction ; vocabulaire image / antécédent ; notation f(x) ; repère et coordonnées ; lecture d'un tableau de valeurs.
Matériel Vidéoprojecteur ; cahier ; règle ; calculatrice ; énoncé de la situation-problème ; fiche d'exercices différenciée (3 niveaux) ; repère préimprimé pour la phase graphique.
Modalités Alternance individuel / binômes / classe entière ; explicitation et institutionnalisation co-construite.

Note sur les sources

Cette fiche s'appuie sur deux documents officiels réellement consultés : - Programme de mathématiques du cycle 4 (cycle4-mathematiques.pdf, d'après le BOEN n° 31 du 30 juillet 2020), Thème B « Organisation et gestion de données, fonctions » — citation verbatim et page ci-dessous. - Guide « La résolution de problèmes mathématiques au collège » (DGESCO, collection Les guides fondamentaux pour enseigner). Ce guide est générique : il ne traite pas spécifiquement des fonctions linéaires. Il est donc mobilisé pour la méthode (modélisation comme stratégie d'enseignement ; quatre piliers de l'apprentissage : attention, engagement actif, retour sur l'erreur, consolidation ; explicitation aux quatre moments-clés de la séance ; enseignement par « classes de problèmes »). Le guide cite d'ailleurs lui-même, parmi les classes de problèmes à enseigner, « problèmes de proportionnalité » et « problèmes modélisés par des fonctions » (chap. 7, note 171), ce qui légitime son emploi ici malgré son caractère générique. - Aucun document iconographique n'est à étudier dans cette séance : les mathématiques n'en requièrent pas ici. Le support graphique (droite passant par l'origine) est produit en classe par les élèves et/ou projeté avec un grapheur. Un outil de type GeoGebra peut être utilisé : on le cherchera via une recherche (par ex. « GeoGebra graphique en ligne ») plutôt que via une URL précise, non reproduite ici.


Attendus du programme

Citation exacte (programme cycle 4, Thème B — Organisation et gestion de données, fonctions, rubrique « Comprendre et utiliser la notion de fonction », page 133 — d'après le BOEN n° 31 du 30 juillet 2020) :

« Connaissances – Vocabulaire : variable, fonction, antécédent, image. – Différents modes de représentation d'une fonction (expression symbolique, tableau de valeurs, représentation graphique, programme de calcul). – Notations f(x) et x ↦ f(x). – Fonction linéaire, fonction affine. Compétences associées – Passer d'un mode de représentation d'une fonction à un autre. – Déterminer, à partir d'un mode de représentation, l'image ou un antécédent d'un nombre par une fonction. – Représenter graphiquement une fonction linéaire, une fonction affine. – […] – Modéliser une situation de proportionnalité à l'aide d'une fonction linéaire. – Résoudre des problèmes modélisés par des fonctions. »

Citation complémentaire (même thème, rubrique « Résoudre des problèmes de proportionnalité », page 133) :

« Connaissances – Coefficient de proportionnalité. […] Compétences associées – Reconnaître une situation de proportionnalité ou de non-proportionnalité. […] »

Reformulation. En fin de cycle 4, l'élève doit comprendre qu'une situation de proportionnalité se modélise par une fonction linéaire f : x ↦ ax, où a est le coefficient (de proportionnalité). Il doit savoir reconnaître la proportionnalité, calculer une image ou un antécédent, passer d'un mode de représentation à un autre (tableau ↔ formule ↔ graphique) et identifier le graphe d'une fonction linéaire comme une droite passant par l'origine. La séance vise précisément le pivot « proportionnalité ⇔ fonction linéaire ».


Compétences et connaissances visées

Connaissances - Fonction linéaire : f(x) = a × x, où a est le coefficient. - Caractérisation : une fonction est linéaire si et seulement si, pour tout x ≠ 0, le quotient f(x)/x est constant (et vaut a). - Vocabulaire : variable, image, antécédent. - Représentation graphique d'une fonction linéaire : droite passant par l'origine O(0 ; 0). - Distinction linéaire (x ↦ ax) / affine (x ↦ ax + b avec b ≠ 0).

Compétences mathématiques (les six compétences du programme : chercher, modéliser, représenter, raisonner, calculer, communiquer) - Modéliser : traduire une situation de proportionnalité par une fonction linéaire f(x) = ax (compétence centrale ici, conformément au guide qui érige la modélisation en stratégie d'enseignement). - Représenter : passer du tableau à la formule puis au graphique. - Calculer : déterminer un coefficient, une image, un antécédent. - Raisonner : justifier qu'une situation est (ou n'est pas) proportionnelle par la constance de f(x)/x. - Communiquer : verbaliser la procédure lors des mises en commun.


Objectifs d'apprentissage (côté élève)

À la fin de la séance, je suis capable de : 1. reconnaître une situation proportionnelle en vérifiant que f(x)/x est toujours le même nombre, et écrire la fonction f(x) = a × x en disant ce que représente a ; 2. calculer l'image d'un nombre (je connais x → je cherche f(x)) et un antécédent (je connais f(x) → je cherche x) ; 3. reconnaître le graphe d'une fonction linéaire : une droite qui passe par l'origine, et distinguer linéaire (ax) d'affine (ax + b, b ≠ 0).


Erreurs typiques à anticiper et à exploiter

Erreur fréquente Origine probable Remédiation prévue
Confondre image et antécédent (« l'antécédent de 4 » pour « l'image de 4 ») Vocabulaire non automatisé Geste répété : image = je pars de x ; antécédent = je pars de f(x) ; flèche x → f(x) au tableau
Croire que toute situation « avec une formule » est proportionnelle Conception intuitive (guide : « contrainte des conceptions intuitives ») Contre-exemple affine f(x) = 2x + 3 : f(x)/x n'est pas constant
Penser que f(x) = ax + b est linéaire Confusion linéaire / affine f(0) = a×0 + b = b ≠ 0 ⇒ la droite ne passe pas par l'origine ⇒ pas linéaire
Calculer a à l'envers (x/f(x)) ou par soustraction (f(x) − x) Surcharge / mauvaise opération a = f(x)/x, vérifié sur plusieurs colonnes du tableau
Croire que la droite d'une fonction linéaire « peut ne pas passer par 0 » Statut de l'origine non stabilisé Tester x = 0 : f(0) = a×0 = 0 ⇒ O appartient toujours à la droite
Écrire f(x) = a sans le « × x » Notation incomplète f(x) = a × x ; sans le x, ce n'est pas une fonction de x

Déroulement détaillé et chronométré

Modèle de temps : 55 min = accueil (3 min) + 49 min d'apprentissage + bilan/rangement (3 min). Total vérifié : 3 + 5 + 14 + 2 + 10 + 10 + 8 + 3 = 55 min.

Durée Phase Modalité Activité de l'enseignant Activité de l'élève
0–3 min (3') Accueil Classe Installe la classe, fait l'appel, annonce l'objectif et le type de problème travaillé — guide : annoncer explicitement la « classe de problèmes » et éclaircir le but (1er moment d'explicitation) S'installe, note l'objectif
3–8 min (5') Questions flash (activation) Individuel puis classe Projette 3 questions : (1) f(x) = 4x, calcule f(3) ; (2) f(x) = 4x, quel x donne f(x) = 20 ? ; (3) image ou antécédent ? Répond, réactive image / antécédent. Réponses : f(3) = 4×3 = 12 ; 4x = 20 ⇒ x = 5 ; (1) image, (2) antécédent
8–22 min (14') Situation-problème (recherche) Binômes Distribue « Le plein de carburant » (ci-dessous), circule, étaye sans donner la réponse — guide : engagement actif ; modélisation comme stratégie Complète le tableau, teste si proportionnel, propose une formule
22–24 min (2') STOP PÉDAGOGIQUE Classe Suspend l'activité (guide : 2ᵉ moment d'explicitation — faire expliciter les procédures amorcées). Question : « Comment être SÛR que c'est proportionnel ? » Fait émerger : on calcule prix ÷ litres pour chaque colonne et on compare Verbalise sa procédure, la confronte au voisin
24–34 min (10') Worked examples (exemples résolus explicités) Classe (tableau) Déroule deux exemples résolus pas à pas (ci-dessous) : (A) modéliser et calculer une image ; (B) un antécédent. Explicite à voix haute chaque étape et le contre-exemple affine Suit, recopie, repère les étapes transférables
34–44 min (10') Trace écrite co-construite + graphique Classe Construit avec les élèves le tableau-bilan (ci-dessous) ; fait formuler la caractérisation f(x)/x constant et l'allure du graphe ; trace f(x) = 1,8x via (0;0) et (10;18) Propose les formulations, complète sa trace, lit une image/un antécédent sur le graphe
44–52 min (8') Réinvestissement / différenciation Individuel Distribue les 3 niveaux ; circule et régule — guide : retour sur l'erreur, consolidation Traite l'exercice de son niveau en autonomie
52–55 min (3') Bilan + rangement Classe Fait dire l'essentiel en une phrase ; annonce la suite (fonctions affines) — guide : 4ᵉ moment d'explicitation, tissage avec la séance suivante ; lance le rangement Auto-évalue (grille à indicateurs), range

Énoncé de la situation-problème — « Le plein de carburant »

À la station-service, le prix payé est proportionnel au nombre de litres pris. Voici un relevé :

Litres pris (x) 10 20 35 50
Prix payé (€) 18 36 63 90
  1. Cette situation est-elle proportionnelle ? Justifie.
  2. Quel est le prix d'un litre ? Que représente ce nombre pour la fonction ?
  3. Écris la fonction f qui donne le prix en fonction du nombre de litres.
  4. Calcule f(42). Que représente ce résultat ?
  5. Avec 27 €, combien de litres puis-je prendre ?

Corrigé vérifié (recalcul colonne par colonne). 18/10 = 1,8 ; 36/20 = 1,8 ; 63/35 = 1,8 ; 90/50 = 1,8. Le quotient f(x)/x est constant et vaut 1,8 ⇒ situation proportionnelle, a = 1,8 (prix d'un litre, en €). Donc f(x) = 1,8 x. - f(42) = 1,8 × 42 = 75,6 € (image de 42 : prix de 42 litres). - 1,8 × x = 27 ⇒ x = 27 / 1,8 = 15 litres (antécédent de 27).

Worked examples explicités (phase 24–34 min)

Exemple A — modéliser puis calculer une image. Une imprimerie facture 0,12 € la photocopie. 1. Variable x = nombre de copies ; le prix est proportionnel au nombre de copies. 2. Coefficient a = 0,12 (prix d'une copie). Donc f(x) = 0,12 x. 3. Image de 250 : f(250) = 0,12 × 250 = 30 €. Vérif : 0,12 × 250 = 30. ✓

Exemple B — calculer un antécédent. Avec la même fonction f(x) = 0,12 x, combien de copies pour 9 € ? 1. On cherche x tel que f(x) = 9 : c'est un antécédent. 2. 0,12 × x = 9 ⇒ x = 9 / 0,12 = 75 copies. Vérif : 0,12 × 75 = 9. ✓

Contre-exemple affine (à montrer après l'exemple B). Abonnement : 5 € fixes + 0,12 € par copie ⇒ g(x) = 0,12 x + 5. Test : g(10)/10 = 6,2/10 = 0,62 ; g(20)/20 = 7,4/20 = 0,37. Le quotient n'est pas constant ⇒ g n'est pas linéaire (elle est affine) ; son graphe est une droite qui ne passe pas par l'origine, car g(0) = 5.


Différenciation (3 niveaux)

Niveau Public visé Tâche Étayage
Soutien Élèves fragiles sur la procédure Tableau déjà donné ; il reste à diviser une colonne pour trouver a, écrire f(x) = a x, calculer une image Amorce écrite « a = … / … » ; rappel image/antécédent affiché ; code couleur (image en bleu, antécédent en rouge) ; coefficients entiers ; calculatrice d'emblée
Standard Majorité de la classe La situation-problème complète (5 questions), image et antécédent Circulation et relances ; aucune réponse donnée
Approfondissement Élèves à l'aise / rapides Déterminer la fonction à partir d'un graphique (droite par O et par (4 ; 6)) ; comparer deux offres dont une affine et conclure ; relier au pourcentage (augmenter de 20 % ⇔ ×1,2) Aucun étayage ; justification rédigée attendue (raisonner / communiquer)

Trace écrite co-construite

(Construite avec les élèves lors de la phase 34–44 min ; ci-dessous la version cible.)

Notion À retenir Exemple de la séance
Fonction linéaire Une fonction linéaire s'écrit f(x) = a × x. Le nombre a est le coefficient. f(x) = 1,8 x ; a = 1,8
Lien avec la proportionnalité Modéliser une situation proportionnelle, c'est utiliser une fonction linéaire. La situation est proportionnelle si et seulement si f(x)/x est constant (ce quotient constant est a). 18/10 = 36/20 = … = 1,8
Image L'image de x est le nombre f(x) : je connais x, je calcule f(x) = a × x. image de 42 : f(42) = 75,6
Antécédent Un antécédent de y est un x tel que f(x) = y : je connais f(x), je résous a × x = y. antécédent de 27 : x = 15
Représentation graphique Le graphe d'une fonction linéaire est une droite passant par l'origine O(0 ; 0), car f(0) = a × 0 = 0. droite par O et (10 ; 18)
Linéaire ≠ affine Linéaire : f(x) = a x (droite par O). Affine : f(x) = a x + b avec b ≠ 0 (droite ne passant pas par O). g(x) = 0,12 x + 5 est affine

Auto-évaluation des élèves (indicateurs observables)

L'élève coche selon ce qu'il sait faire ; chaque ligne décrit un comportement observable dans son cahier.

Je sais… Indicateur observable (ce que je produis) Acquis En cours À retravailler
reconnaître une proportionnalité j'ai calculé f(x)/x sur au moins 2 colonnes et conclu sur la constance ☐ ☐ ☐
écrire la fonction linéaire j'ai écrit f(x) = a × x avec la bonne valeur de a ☐ ☐ ☐
calculer une image à partir de x donné, j'ai écrit f(x) = a × x et donné le résultat avec son unité ☐ ☐ ☐
calculer un antécédent à partir de f(x) donné, j'ai résolu a × x = … et trouvé x ☐ ☐ ☐
identifier le graphe j'ai dit que la droite passe par l'origine et justifié par f(0) = 0 ☐ ☐ ☐
distinguer linéaire / affine j'ai reconnu qu'une formule a x + b (b ≠ 0) n'est pas linéaire ☐ ☐ ☐

Auto-positionnement global : 🔴 je refais avec aide · 🟠 avec un exemple sous les yeux · 🟢 seul, et je l'explique.


Activités d'approfondissement

Prolongements

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