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平均數(shù)有幾種求法?
平均值的定義
對(duì)于實(shí)數(shù)序列:
定義:
算術(shù)平均值:
幾均值:
此外,您還可以定義:
調(diào)和平均值:
二次平均值:
更一般地,可以定義p階均值函數(shù)(p取廣義實(shí)數(shù)集R∨{-∞,∞})如下:
并且,使:
顯然,有:
可以證明(略)M_n(p)是單調(diào)遞增函數(shù),即對(duì)于任意:
所以,很自然地:
平均值的幾何意義
當(dāng)n2和a,a≥0時(shí),四個(gè)平均值有如下關(guān)系:
其中ABa,BCa,o為圓心,AC為直徑。
首先,A(aa)/2AC/2是圓的半徑,而O是圓心,E是圓上的一點(diǎn),所以線段OE是圓的半徑,所以O(shè)EA;;
其次,由于ADC、ABD和ADC是直角三角形,根據(jù)勾股定理,有:
2個(gè)AD2DC2
DB2a2AD2
DB2a2DC2
將最后兩個(gè)方程帶入第一個(gè)方程,得到:
22DB2a2a2
2DB22aa
分貝√[aa]
所以得到DBG;;
第三,OBOC-BC(aa)/2-a(a-a)/2,δδEOB是直角三角形。根據(jù)勾股定理,有:
EB2OE2OB2((aa)/2)2((a-a)/2)2(a2a2)/2
于是有EB√[(a2)/2]Q;;
最后,因?yàn)棣腛FB和δDFB是直角三角形,根據(jù)勾股定理,有:
OF2FB2OB2
DF2FB2DB2
將兩個(gè)等式相減,得到:
OF2-DF2OB2-DB2
以及圓的半徑OD-DF,所以O(shè)D-DF,代入上式得到:
(OD-DF)2-DF2OB2-DB2
OD2-20dDFOB2-DB2
DF(OD2-OB2DB2)/(2OD)[((aa)/2)2-((a-a)/2)2aa]/(aa)(2aa)/(aa)2/(1/a1/a)
所以你得到了dfH。
(以上證明很隨意!在我的印象中,初中的平面幾何有比較好的公式,可以讓證明更加優(yōu)雅簡潔。)
在這四個(gè)幾何關(guān)系中,A、G、H最早是由古希臘的畢達(dá)哥拉斯學(xué)派發(fā)現(xiàn)的,所以統(tǒng)稱為畢達(dá)哥拉斯平均數(shù)。
平均值的使用
首先,算術(shù)平均適用于線性數(shù)列(或?qū)ΨQ分布數(shù)列),例如,等差數(shù)列:
有:
對(duì)于具體的等差數(shù)列:1,3,5,7,有:a1(4-1)/2×2^4。
對(duì)于數(shù)列的下標(biāo):1,2,3,4也是等差數(shù)列,所以有:
A1(4-1)/2×12.5
下面標(biāo)為X軸,數(shù)列標(biāo)為Y軸,可以畫出下圖:
我們會(huì)發(fā)現(xiàn)算術(shù)平均數(shù)落在數(shù)列的回歸線上。
給定一組實(shí)數(shù),按從小到大排列:
有奇數(shù)時(shí),取中間數(shù);
有偶數(shù)時(shí),取中間兩個(gè)數(shù)的算術(shù)平均值;
稱這個(gè)數(shù)字為中位數(shù)。
對(duì)于1,3,5,7,中位數(shù)是(3.5)/2.4,對(duì)于1,2,3,4,中位數(shù)是(2.3)/2.5。很明顯,對(duì)于幾何級(jí)數(shù)來說,算術(shù)平均值就是中位數(shù)。
那么,幾均適用于一系列的比例關(guān)系,例如,幾何級(jí)數(shù):
有:
對(duì)于具體的幾何級(jí)數(shù):2,4,8,16,有:G2√[21]4√2。
當(dāng)然,你也可以得到算術(shù)平均值:
A(24816)/47.5
男(48)/26
可以畫出下圖:
可以看出,幾均數(shù)G正好落在回歸線上,中位數(shù)M落在4~8點(diǎn)連線的中點(diǎn)上,接近幾均數(shù)G,而算術(shù)平均數(shù)A誤差很大。
最后,調(diào)和平均值適用于具有反比的序列,例如,速度序列:
將整個(gè)行程分成n等份,汽車每一段的平均速度測量如下:
求整條路的總平均速度。
讓s設(shè)每次行程的距離為r,那么每次行程花費(fèi)的時(shí)間為:
此外,獲得的總平均速度為:
速度系列的調(diào)和平均值為:
所以速度序列的調(diào)和平均值就是總平均速度。
另外,算術(shù)平均值也是一個(gè)非常重要的統(tǒng)計(jì)量,它對(duì)應(yīng)的是隨機(jī)變量X的數(shù)學(xué)期望(均值):
因此,在數(shù)理統(tǒng)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。
重量平均數(shù)
上面的平均值是默認(rèn)系列中的所有元素都同等重要。當(dāng)需要反映元素的不同重要性時(shí),就需要加權(quán)。加權(quán)一般用于算術(shù)平均,加權(quán)(算術(shù))平均定義如下:
加權(quán)也可用于幾均值,其定義如下:
(以上只是簡單介紹了一般平均,但是在不同的領(lǐng)域,因?yàn)樾枰煌懈鞣N特殊的平均,比如金融領(lǐng)域的指數(shù)平均。)
我的數(shù)學(xué)水平有限,出錯(cuò)在所難免。歡迎各位老師批評(píng)指正。)