Harmonisches Mittel
Das harmonische Mittel ist ein Mittelwert einer Menge von Zahlen und wird verwendet um den Mittelwert von Verhältniszahlen (Quotient zweier Größen) zu berechnen. Es war schon Pythagoras bekannt. Es ist der Spezialfall des Hölder-Mittels mit Parameter −1.
Definition
Das harmonische Mittel von Zahlen ist als
definiert.[1] Der Kehrwert des harmonischen Mittels ist
und somit das arithmetische Mittel der Kehrwerte.
Mit der Formel ist das harmonische Mittel zunächst nur für von null verschiedene Zahlen definiert. Geht aber einer der Werte gegen null, so existiert der Grenzwert des harmonischen Mittels und ist ebenfalls gleich null. Daher ist es sinnvoll, das harmonische Mittel als null zu definieren, wenn mindestens eine der zu mittelnden Größen gleich null ist.
Eigenschaften
Für zwei Werte und ergibt sich
mit dem arithmetischen Mittel und dem geometrischen Mittel .
Für nichtnegative gilt
Beispiel
Für das harmonische Mittel von und gilt
- .
Verwendet man die Formel aus dem Abschnitt Eigenschaften, so gilt
- .
Gewichtetes harmonisches Mittel
Definition
Sind den positive Gewichte zugeordnet, so ist das gewichtete harmonische Mittel wie folgt definiert:
Sind alle gleich, so erhält man das gewöhnliche harmonische Mittel.
Beispiel
Allgemein gilt: Benötigt man für die Teilstrecke die Zeit (also Durchschnittsgeschwindigkeit ) und für die Teilstrecke die Zeit (also Durchschnittsgeschwindigkeit ), so gilt für die Durchschnittsgeschwindigkeit über die gesamte Strecke
Die Durchschnittsgeschwindigkeit ist also das mit den Wegstrecken gewichtete harmonische Mittel der Teilgeschwindigkeiten oder das mit der benötigten Zeit gewichtete arithmetische Mittel der Teilgeschwindigkeiten.
Fährt man eine Stunde mit 50 km/h und dann eine Stunde mit 100 km/h, so legt man insgesamt 150 km in 2 Stunden zurück; die Durchschnittsgeschwindigkeit ist 75 km/h, also das arithmetische Mittel von 50 und 100. Bezieht man sich hingegen nicht auf die benötigte Zeit, sondern auf die durchfahrene Strecke, so wird die Durchschnittsgeschwindigkeit durch das harmonische Mittel beschrieben: Fährt man 100 km mit 50 km/h und dann 100 km mit 100 km/h, so legt man 200 km in 3 Stunden zurück, die Durchschnittsgeschwindigkeit ist 66,67 km/h, also das harmonische Mittel von 50 und 100.
Siehe auch
Weblinks
- Eric W. Weisstein: Harmonic Mean. In: MathWorld (englisch).
Einzelnachweise
- Bronstein, Semendjajew: Taschenbuch der Mathematik. Hrsg.: G. Grosche, V. Ziegler. Nachdruck der 19., völlig überarbeiteten Auflage. Verlag Harri Deutsch, Thun/Frankfurt 1981, ISBN 3-87144-492-8, S. 293, siehe obere Mitte.