Verrannollisuus: Matematiikassa ja luonnontieteissä kahden suureen välinen erityinen riippuvuus

Matemaattisesti tämä voidaan ilmaista yhtälöllä. Olkoon suureet A ja B verrannolliset, jolloin niiden arvojen suhde on aina k. Silloin voidaan kirjoittaa

${\displaystyle A:B={\frac {A}{B}}=k.}$

Tällöin sanotaan, että "suure A on verrannollinen suureeseen B" ja se voidaan lyhentää joko ${\displaystyle A\sim B}$ tai ${\displaystyle A\propto B}$.

Edellinen yhtälö voidaan kirjoittaa myös tulomuodossa

${\displaystyle A=kB.}$

Jos suureet A ja B ovat samanlaatuiset eli niillä on samat mittayksiköt, on kerroin k luku ja sitä kutsutaan suhdeluvuksi. On kuitenkin varsin yleistä, että suureet A ja B ovat erilaatuiset, jolloin kerroin k on itsekin suure ja sillä on mittayksikkö. Tällöin suuretta k kutsutaan myös verrannollisuuskertoimeksi.

Kahden samanlaatuisen (samat mittayksiköt) suureen A ja B suhde merkitään

${\displaystyle A:B={\frac {A}{B}}=k.}$ 

Suhde esittää kahta eri tilannetta, jossa verrataan samaa laautua olevia suureita keskenään. Tällainen tilanne on esimerkiksi kahden pinta-alan välinen suhde

${\displaystyle 3m^{2}:6m^{2}=1:2}$ 

ja kerroin k = 1 : 2 = 0,5 on tällöin paljas luku, koska mittayksiköt supistuvat pois.

Kahden erilaatuisen (eri mittayksiköt) suureiden A ja B suhde merkitään samalla tavalla

${\displaystyle A:B={\frac {A}{B}}=k,}$ 

missä kerroin k on mittayksiköllinen suure. Esimerkiksi talon yhden ${\displaystyle A=3m^{2}}$  suuruisen seinän maalaamiseen kuluu ${\displaystyle B=0,25l}$  maalia. Verrannollisuuskertoimeksi saadaan

${\displaystyle {\frac {A}{B}}={\frac {3m^{2}}{0,25l}}=12{\tfrac {m^{2}}{l}}=k.}$ 

Saman talon toista seinää toisena päivänä maalatessa suureet C ja D ovat erilaiset. Nyt merkitään

${\displaystyle {\frac {C}{D}}={\frac {6m^{2}}{0,50l}}=12{\tfrac {m^{2}}{l}}=k,}$ 

missä k on edelleen sama, koska maalin kulutus on säilynyt samana. Suhdeluvut ovat samat, joten suureet A ja B sekä C ja D ovat verrannolliset ja tämä merkitään suuren mitatuilla arvoilla

${\displaystyle 3m^{2}\sim 0,25l}$  ja ${\displaystyle 6m^{2}\sim 0,5l}$ 

tai suureiden muuttujilla

${\displaystyle A\sim B}$  ja ${\displaystyle C\sim D}$ 

tai suureiden nimillä

${\displaystyle {\mbox{pinta-ala}}\sim {\mbox{maalin määrä}}.}$ 

Matemaattisesti nämä kaksi suhdetta (maalaustilannetta) voidaan kirjoittaa verrantoyhtälöksi, koska verrannollisuuskertoimet täsmäävät

${\displaystyle {\frac {A}{B}}=k\land {\frac {C}{D}}=k\Rightarrow {\frac {A}{B}}={\frac {C}{D}}.}$ 

Suoraan verrannollisuus on toinen nimitys suureiden A ja B verrannollisuudelle, jotka ovat suoraan sellaisinaan toisilleen verrannollisia. Tämä merkitään edelliseen tapaan ${\displaystyle A\sim B}$  ja verrannollisuuskertoimen sisältävä yhtälö kirjoitetaan ${\displaystyle A=kB.}$ 

Toisilleen suoraan verrannolliset suureet ovat esimerkiksi omenien paino m ja niiden hinta h. Silloin verrannollisuuskerroin k on esimerkiksi ${\displaystyle k=2,15{\tfrac {E}{kg}}}$  eli kilohinta ja ostoksen hinta laksetaan yhtälöstä ${\displaystyle h=km}$ .

Suureet A ja B ovat kääntäen verrannollisia, jos suureen A käänteisarvo (käänteisluku) on verrannollinen suureeseen B, tai päin vastoin. Tämä merkitään joko ${\displaystyle {\frac {1}{A}}\sim B}$  tai ${\displaystyle A\sim {\frac {1}{B}}}$  (potenssina ${\displaystyle A\sim B^{-1}}$ ), ja yhtälö kirjoitetaan joko ${\displaystyle A=k{\frac {1}{B}}}$  (potenssina ${\displaystyle A=kB^{-1}}$ ) tai ${\displaystyle AB=k.}$ 

Toisilleen kääntäen verrannollisia suureita ovat esimerkiksi samaan automatkaan liittyvät keskinopeus v ja ajoaika t. Silloin nopeuden kasvaessa aika lyhyenee ja päinvastoin. Tämä kirjoitetaan ${\displaystyle v\sim t^{-1}}$ . Verrannollisuuskerroin k on silloin ${\displaystyle k=100km}$  (kilometriä) eli kuljettava matka, kun ${\displaystyle v={\tfrac {k}{t}}}$ .

Neliöön verrannolliset suureet voidaan merkitä ${\displaystyle A\sim B^{2}}$ , jolloin suureet A ja B eivät ole suoraan verrannolliset mutta suureet A ja B² ovat sitä. Näistä muodostettu yhtälö on (suureen positiiviset arvot)

${\displaystyle A=kB^{2}}$ 

joka voidaan muuntaa

${\displaystyle {\sqrt {A}}={\sqrt {kB^{2}}}}$  eli ${\displaystyle {\sqrt {A}}=bB,}$ 

missä b² = k. Neliöön verrannollisuus on (lähes) sama kuin neliöjuureen verrannollisuus ${\displaystyle {\sqrt {A}}\sim B.}$ 

Esimerkiksi paikaltaan lähtevän ja tasaisesti kiidyttävän junan liike-energia E on neliöön verrannollinen junan loppunopeuteen v. Verrannollisuuskerroin k on junan massan puolikas, kuten yhtälöstä ${\displaystyle E={\tfrac {1}{2}}mv^{2}=kv^{2}}$  huomataan.

Kuutioon verrannolliset suureet voidaan merkitä ${\displaystyle A\sim B^{3}}$ , jolloin suureet A ja B³ ovat suoraan verrannolliset. Näistä muodostettu yhtälö

${\displaystyle A=kB^{3}}$ 

voidaan muuntaa

${\displaystyle {\sqrt[{3}]{A}}=bB}$ 

missä b³ = k. Kuutioon verrannollisuus on sama kuin kuutiojuureen verrannollisuus ${\displaystyle {\sqrt[{3}]{A}}\sim B.}$ 

Esimerkiksi kalastajatroolarin moottorin tehontarve P on kuutioon verrannollinen veneen saavuttamaan huippunopeuteen v. Verrannollisuuskerroin k on esimerkiksi ${\displaystyle k=270{\tfrac {kg}{m}}}$ , kun riippuvuus kirjoitetaan yhtälönä ${\displaystyle P=kv^{3}}$ .

Yleisesti ilmaistuna suureet A ja B ovat potenssiin verrannolliset, kun ${\displaystyle A^{n}\sim B^{m}}$  eli ${\displaystyle A^{\tfrac {n}{m}}\sim B}$  eli ${\displaystyle A\sim B^{\tfrac {m}{n}}}$ .

Esimerkiksi ympyräradalla Aurinkoa kiertävä planeetta noudattaa Keplerin III lakia. Sen mukaan kiertoajan T neliö on verrannollinen ratasäteen R kuutioon eli ${\displaystyle T^{2}\sim R^{3}}$ . Silloin Maan kiertoradan yhtälössä verrannollisuuskerroin k on ${\displaystyle k=1{\tfrac {a^{2}}{AU^{3}}}}$  ja ${\displaystyle T^{2}=kR^{3}}$ .

• Korrelaatio ja lineaarinen regressioanalyysi ovat myös luonnontieteellisisiä mallinnusvälineitä.
• Verranto