المتوسط ​​الهندسي

مثال على المتوسط ​​الهندسي:لز{\displaystyle l_{g}}(باللون الأحمر) هو المتوسط ​​الهندسي لـل1{\displaystyle l_{1}}ول2{\displaystyle l_{2}}[ 1 ] [ 2 ] هو مثال على قطعة مستقيمةل2(بج¯){\displaystyle l_{2}\;({\overline {BC}})}يُعطى كعمودي علىأب¯{\displaystyle {\overline {AB}}}.أج¯{\displaystyle {\overline {AC'}}}هو قطر الدائرة وبج¯بج¯{\displaystyle {\overline {BC}}\cong {\overline {BC'}}}.

في الرياضيات، يُعرف المتوسط ​​الهندسي (أو المتوسط ​​النسبي ) بأنه متوسط ​​أو معدل يُشير إلى النزعة المركزية لمجموعة محدودة من الأعداد الحقيقية الموجبة باستخدام حاصل ضرب قيمها (على عكس المتوسط ​​الحسابي الذي يستخدم مجموعها). المتوسط ​​الهندسي لـن{\displaystyle n}يُعرَّف المتوسط ​​الهندسي بأنه الجذر النوني لحاصل ضرب الأعداد a₁ , a₂ , ..., aₙ ، أي بالنسبة لمجموعة من الأعداد a₁ , a₂ , ..., aₙ ، يُعرَّف المتوسط ​​الهندسي على النحو التالي:

أ1أ2أنتن.{\displaystyle {\sqrt[{n}]{a_{1}a_{2}\cdots a_{n}{\vphantom {t}}}}.}

وبالتالي، فإن المتوسط ​​الهندسي لعددين هو الجذر التربيعي لحاصل ضربهما، على سبيل المثال مع العددين 2{\displaystyle 2}و8{\displaystyle 8}الوسط الهندسي هو28={\displaystyle \textstyle {\sqrt {2\cdot 8}}={}}16=4{\displaystyle \textstyle {\sqrt {16}}=4}المتوسط ​​الهندسي للأعداد الثلاثة هو الجذر التكعيبي لحاصل ضربها، على سبيل المثال مع الأعداد 1{\displaystyle 1}،12{\displaystyle 12}و18{\displaystyle 18}، المتوسط ​​الهندسي هو112183={\displaystyle \textstyle {\sqrt[{3}]{1\cdot 12\cdot 18}}={}}2163=6{\displaystyle \textstyle {\sqrt[{3}]{216}}=6}.

عند تمثيل مجموعة الأرقام ومتوسطها الهندسي بيانيًا على مقياس لوغاريتمي ، يتحول المتوسط ​​الهندسي إلى متوسط ​​حسابي، وبالتالي يمكن حساب المتوسط ​​الهندسي بشكل مكافئ عن طريق أخذ اللوغاريتم الطبيعي .ln{\displaystyle \ln }لكل عدد، يتم إيجاد المتوسط ​​الحسابي للوغاريتمات، ثم يتم تحويل النتيجة إلى مقياس خطي باستخدام الدالة الأسية .خبرة{\displaystyle \exp }،

أ1أ2أنتن=خبرة(lnأ1+lnأ2++lnأنن).{\displaystyle {\sqrt[{n}]{a_{1}a_{2}\cdots a_{n}{\vphantom {t}}}}=\exp \left({\frac {\ln a_{1}+\ln a_{2}+\cdots +\ln a_{n}}{n}}\right).}

يُعدّ المتوسط ​​الهندسي مفيدًا عندما تتراكم الكميات المراد حساب متوسطها بشكل ضربي، مثل معدلات النمو السكاني أو أسعار الفائدة على الاستثمار المالي. لنفترض، على سبيل المثال، أن شخصًا استثمر 1000 دولار أمريكي وحقق عوائد سنوية بنسبة +10%، -12 %، +90%، -30 %، و+25%، ليبلغ إجمالي قيمته 1609 دولارًا أمريكيًا. يُحسب متوسط ​​نسبة النمو من خلال المتوسط ​​الهندسي لنسب النمو السنوية (1.10، 0.88، 1.90، 0.70، 1.25)، أي 1.0998، وهو متوسط ​​نمو سنوي قدره 9.98%. أما المتوسط ​​الحسابي لهذه العوائد السنوية فهو 16.6% سنويًا، وهو متوسط ​​غير دقيق لأن معدلات النمو لا تتراكم بشكل جمعي.

يمكن فهم المتوسط ​​الهندسي من منظور الهندسة . المتوسط ​​الهندسي لعددين،أ{\displaystyle a}وب{\displaystyle b}، هو طول ضلع واحد في مربع مساحته تساوي مساحة مستطيل أضلاعه أطوالهاأ{\displaystyle a}وب{\displaystyle b}وبالمثل، فإن المتوسط ​​الهندسي لثلاثة أعداد،أ{\displaystyle a}،ب{\displaystyle b}، وج{\displaystyle c}، هو طول أحد أضلاع المكعب الذي يكون حجمه مساوياً لحجم متوازي المستطيلات الذي تكون أطوال أضلاعه مساوية للأرقام الثلاثة المعطاة.

المتوسط ​​الهندسي هو أحد المتوسطات الفيثاغورية الثلاثة الكلاسيكية ، إلى جانب المتوسط ​​الحسابي والمتوسط ​​التوافقي . بالنسبة لجميع مجموعات البيانات الموجبة التي تحتوي على زوج واحد على الأقل من القيم غير المتساوية، يكون المتوسط ​​التوافقي دائمًا هو الأصغر بين المتوسطات الثلاثة، بينما يكون المتوسط ​​الحسابي دائمًا هو الأكبر بينها، ويكون المتوسط ​​الهندسي دائمًا بينهما (انظر: متباينة المتوسطين الحسابي والهندسي ).

التركيبة

المتوسط ​​الهندسي لمجموعة بيانات{أ1،أ2،...،أن}{\displaystyle \{a_{1},a_{2},\,\ldots ,\,a_{n}\}}يتم تحديده بواسطة [ 3 ]

(أنا=1نأأنا)1ن=أ1أ2أنتن.{\displaystyle {\biggl (}\prod _{i=1}^{n}a_{i}{\biggr )}^{\frac {1}{n}}={\sqrt[{n}]{a_{1}a_{2}\cdots a_{n}{\vphantom {t}}}}.}

أي الجذر النوني لحاصل ضرب العناصر . على سبيل المثال، لـ1،2،3،4{\displaystyle 1,2,3,4}المنتج1234{\displaystyle 1\cdot 2\cdot 3\cdot 4}يكون24{\displaystyle 24}، والمتوسط ​​الهندسي هو الجذر الرابع للعدد 24، أي ما يقارب 2.213.

الصياغة باستخدام اللوغاريتمات

يمكن التعبير عن المتوسط ​​الهندسي أيضًا على أنه أس المتوسط ​​الحسابي للوغاريتمات. [ 4 ] باستخدام متطابقات اللوغاريتمات لتحويل الصيغة، يمكن التعبير عن عمليات الضرب كمجموع والأس كعملية ضرب:

متىأ1،أ2،...،أن>0{\displaystyle a_{1},a_{2},\dots ,a_{n}>0}(أنا=1نأأنا)1ن=خبرة(1نأنا=1نlnأأنا)،{\displaystyle {\biggl (}\prod _{i=1}^{n}a_{i}{\biggr )}^{\frac {1}{n}}=\exp {\biggl (}{\frac {1}{n}}\sum _{i=1}^{n}\ln a_{i}{\biggr )},} منذ |lnأ1أ2أنتن=1نln(أ1أ2أن)=1ن(lnأ1+lnأ2++lnأن).{\displaystyle \textstyle {\vphantom {\Big |}}\ln {\sqrt[{n}]{a_{1}a_{2}\cdots a_{n}{\vphantom {t}}}}={\frac {1}{n}}\ln(a_{1}a_{2}\cdots a_{n})={\frac {1}{n}}(\ln a_{1}+\ln a_{2}+\cdots +\ln a_{n}).}

يُطلق على هذا أحيانًا اسم المتوسط ​​اللوغاريتمي (لا ينبغي الخلط بينه وبين المتوسط ​​اللوغاريتمي ). وهو ببساطة المتوسط ​​الحسابي للقيم المحولة لوغاريتميًا لـأأنا{\displaystyle a_{i}}(أي المتوسط ​​الحسابي على المقياس اللوغاريتمي)، باستخدام الأس للعودة إلى المقياس الأصلي، أي أنه المتوسط ​​المعمم f معو(x)=سجلx{\displaystyle f(x)=\log x}يمكن استخدام أي لوغاريتم ذي أساس معين بدلاً من اللوغاريتم الطبيعي. على سبيل المثال، المتوسط ​​الهندسي لـ1{\displaystyle 1}،2{\displaystyle 2}،8{\displaystyle 8}و16{\displaystyle 16}يمكن حسابها باستخدام اللوغاريتمات ذات الأساس 2:

128164=2(سجل21+سجل22+سجل28+سجل216)/4=2(0+1+3+4)/4=22=4.{\displaystyle {\sqrt[{4}]{1\cdot 2\cdot 8\cdot 16}}=2^{(\log _{2}\!1\,+\,\log _{2}\!2\,+\,\log _{2}\!8\,+\,\log _{2}\!16)/4}=2^{(0\,+\,1\,+\,3\,+\,4)/4}=2^{2}=4.}

وبناءً على ما سبق، يمكن ملاحظة أنه بالنسبة لعينة معينة من النقاطأ1،...،أن{\displaystyle a_{1},\ldots ,a_{n}}، المتوسط ​​الهندسي هو القيمة الصغرى لـ

و(أ)=أنا=1ن(سجلأأنا-سجلأ)2=أنا=1ن(سجلأأناأ)2،{\displaystyle f(a)=\sum _{i=1}^{n}(\log a_{i}-\log a)^{2}=\sum _{i=1}^{n}\left(\log {\frac {a_{i}}{a}}\right)^{2},}

بينما المتوسط ​​الحسابي هو القيمة التي تقلل من

و(أ)=أنا=1ن(أأنا-أ)2.{\displaystyle f(a)=\sum _{i=1}^{n}(a_{i}-a)^{2}.}

وبالتالي، فإن المتوسط ​​الهندسي يقدم ملخصًا للعينات التي يتطابق أسها بشكل أفضل مع أسس العينات (بمعنى المربعات الصغرى).

في تطبيقات الحاسوب، قد يؤدي الضرب البسيط للعديد من الأرقام إلى حدوث تجاوز أو نقص في القيمة الحسابية . ويُعد حساب المتوسط ​​الهندسي باستخدام اللوغاريتمات إحدى طرق تجنب هذه المشكلة.

التكرار يعني

يكون المتوسط ​​الهندسي لمجموعة بيانات أقل من المتوسط ​​الحسابي لها، إلا إذا كانت جميع عناصر المجموعة متساوية، فحينها يتساوى المتوسطان الهندسي والحسابي. وهذا ما يُتيح تعريف المتوسط ​​الهندسي-الحسابي ، وهو تقاطع المتوسطين الذي يقع دائمًا بينهما.

المتوسط ​​الهندسي هو أيضاً المتوسط ​​الحسابي التوافقي بمعنى أنه إذا كان هناك متتابعتان (أن{\displaystyle a_{n}}) و (حن{\displaystyle h_{n}}) يتم تعريفها: أن+1=أن+حن2،أ0=x،حن+1=2أنحنأن+حن،ح0=y،{\displaystyle {\begin{aligned}a_{n+1}&={\frac {a_{n}+h_{n}}{2}},&a_{0}&=x,\\h_{n+1}&={\frac {2{a_{n}}{h_{n}}}{a_{n}+h_{n}}},&\quad h_{0}&=y,\end{aligned}}}

أينحن+1{\displaystyle h_{n+1}}إذا كان المتوسط ​​التوافقي للقيم السابقة للمتتاليتين،أن{\displaystyle a_{n}}وحن{\displaystyle h_{n}}سوف يتقارب مع المتوسط ​​الهندسي لـx{\displaystyle x}وy{\displaystyle y}تتقارب المتتاليات إلى حد مشترك، ويتم الحفاظ على المتوسط ​​الهندسي: أأنا+1حأنا+1=أأنا+حأنا22أأناحأناأأنا+حأنا=أأناحأنا{\displaystyle {\sqrt {a_{i+1}h_{i+1}}}={\sqrt {{\frac {a_{i}+h_{i}}{2}}{\frac {2{a_{i}}{h_{i}}}{a_{i}+h_{i}}}}}={\sqrt {{a_{i}}{h_{i}}}}}

يؤدي استبدال المتوسط ​​الحسابي والتوافقي بزوج من المتوسطات المعممة ذات الأسس المحدودة المتعاكسة إلى نفس النتيجة.

مقارنة بالمتوسط ​​الحسابي

برهانٌ بدون كلمات لمتباينة المتوسط ​​الحسابي والمتوسط ​​الهندسي : PR هو قطر دائرة مركزها O؛ ونصف قطرها AO هو المتوسط ​​الحسابي للعددين a و b . المثلث PGR هو مثلث قائم الزاوية وفقًا لنظرية طاليس ، مما يسمح باستخدام نظرية المتوسط ​​الهندسي لإثبات أن ارتفاعه GQ هو المتوسط ​​الهندسي . لأي نسبة a : b ، يكون AO GQ.
برهان هندسي بدون كلمات أن max ( a , b ) > الجذر التربيعي المتوسط ​​( RMS ) أو المتوسط ​​التربيعي ( QM ) > المتوسط ​​الحسابي ( AM ) > المتوسط ​​الهندسي ( GM ) > المتوسط ​​التوافقي ( HM ) > min ( a , b ) لعددين موجبين مختلفين a و b [ ملاحظة 1 ]

المتوسط ​​الهندسي لمجموعة بيانات غير فارغة من الأعداد الموجبة يساوي دائمًا على الأكثر متوسطها الحسابي. يتحقق التساوي فقط عندما تكون جميع الأعداد في مجموعة البيانات متساوية؛ وإلا، يكون المتوسط ​​الهندسي أصغر. على سبيل المثال، المتوسط ​​الهندسي للعددين 2 و3 هو 2.45، بينما متوسطهما الحسابي هو 2.5. وبالتحديد، هذا يعني أنه عندما تخضع مجموعة من الأعداد غير المتطابقة لعملية توزيع تحافظ على المتوسط ​​- أي عندما تتباعد عناصر المجموعة عن بعضها البعض مع بقاء المتوسط ​​الحسابي دون تغيير - فإن متوسطها الهندسي ينخفض. [ 5 ]

المتوسط ​​الهندسي لدالة متصلة

لوو:[أ،ب](0،){\displaystyle f:[a,b]\to (0,\infty )}إذا كانت دالة حقيقية موجبة متصلة، فإن متوسطها الهندسي على هذه الفترة هو جنرال موتورز[و]=خبرة(1ب-أأبlnو(x)دx){\displaystyle {\text{GM}}[f]=\exp \left({\frac {1}{b-a}}\int _{a}^{b}\ln f(x)dx\right)}

على سبيل المثال، أخذ دالة التطابق و(x)=x{\displaystyle f(x)=x}يُظهر التحليل على الفترة [0,1] أن المتوسط ​​الهندسي للأعداد الموجبة بين 0 و1 يساوي1هـ{\displaystyle {\frac {1}{e}}}.

التطبيقات

متوسط ​​معدل النمو النسبي

يُعدّ المتوسط ​​الهندسي أنسب من المتوسط ​​الحسابي لوصف النمو النسبي، سواءً كان نموًا أُسّيًا (نموًا نسبيًا ثابتًا) أو نموًا متغيرًا؛ وفي مجال الأعمال، يُعرف المتوسط ​​الهندسي لمعدلات النمو بمعدل النمو السنوي المركب (CAGR). ويُعطي المتوسط ​​الهندسي للنمو على مدى فترات زمنية معدل نمو ثابتًا مكافئًا يُؤدي إلى نفس النتيجة النهائية.

على سبيل المثال، لنفترض أن شجرة برتقال أنتجت 100 برتقالة في عام واحد، ثم 180 و210 و300 برتقالة في الأعوام التالية، بمعدلات نمو بلغت 80% و16.7% و42.9% على التوالي. باستخدام المتوسط ​​الحسابي ، يُحسب متوسط ​​نمو خطي قدره 46.5% (محسوب بواسطة(80%+16.7%+42.9%)÷3{\displaystyle (80\%+16.7\%+42.9\%)\div 3}ومع ذلك، عند تطبيق ذلك على محصول البداية البالغ 100 برتقالة، ينتج عن النمو السنوي بنسبة 46.5% محصول 314 برتقالة بعد ثلاث سنوات من النمو، بدلاً من 300 برتقالة كما هو ملاحظ. المتوسط ​​الخطي يبالغ في تقدير معدل النمو.

بدلاً من ذلك، وباستخدام المتوسط ​​الهندسي، يبلغ متوسط ​​النمو السنوي حوالي 44.2% (محسوبًا بواسطة1.80×1.167×1.4293{\displaystyle {\sqrt[{3}]{1.80\times 1.167\times 1.429}}}). بدءاً من إنتاج 100 برتقالة مع نمو سنوي بنسبة 44.2٪ يعطي إنتاج 300 برتقالة متوقع بعد ثلاث سنوات.

لتحديد متوسط ​​معدل النمو، ليس من الضروري حساب حاصل ضرب معدلات النمو المقاسة في كل خطوة. لنفترض أن الكمية معطاة على شكل متتابعةأ0،أ1،...،أن{\displaystyle a_{0},a_{1},...,a_{n}}، أينن{\displaystyle n}هو عدد الخطوات من الحالة الابتدائية إلى الحالة النهائية. معدل النمو بين القياسات المتتاليةأك{\displaystyle a_{k}}وأك+1{\displaystyle a_{k+1}}يكونأك+1/أك{\displaystyle a_{k+1}/a_{k}}إذن، المتوسط ​​الهندسي لمعدلات النمو هذه هو ببساطة: (أ1أ0أ2أ1أنأن-1)1ن=(أنأ0)1ن.{\displaystyle \left({\frac {a_{1}}{a_{0}}}{\frac {a_{2}}{a_{1}}}\cdots {\frac {a_{n}}{a_{n-1}}}\right)^{\frac {1}{n}}=\left({\frac {a_{n}}{a_{0}}}\right)^{\frac {1}{n}}.}

القيم المعيارية

الخاصية الأساسية للمتوسط ​​الهندسي، والتي لا تنطبق على أي متوسط ​​آخر، هي أنه بالنسبة لمتتاليتينX{\displaystyle X}وY{\displaystyle Y}متساوية الطول،

جنرال موتورز(XأناYأنا)=جنرال موتورز(Xأنا)جنرال موتورز(Yأنا).{\displaystyle \operatorname {GM} \left({\frac {X_{i}}{Y_{i}}}\right)={\frac {\operatorname {GM} (X_{i})}{\operatorname {GM} (Y_{i})}}.}

هذا يجعل المتوسط ​​الهندسي المتوسط ​​الصحيح الوحيد عند حساب متوسط ​​النتائج المعيارية ؛ أي النتائج المعروضة كنسب إلى قيم مرجعية. [ 6 ] ينطبق هذا عند عرض أداء الحاسوب مقارنةً بحاسوب مرجعي، أو عند حساب مؤشر متوسط ​​واحد من مصادر متعددة غير متجانسة (مثل متوسط ​​العمر المتوقع، وسنوات الدراسة، ووفيات الرضع). في هذه الحالة، سيؤدي استخدام المتوسط ​​الحسابي أو التوافقي إلى تغيير ترتيب النتائج تبعًا لما يُستخدم كمرجع. على سبيل المثال، لنأخذ المقارنة التالية لأوقات تنفيذ برامج الحاسوب:

الجدول 1
 الحاسوب أالحاسوب بالحاسوب ج
البرنامج 111020
البرنامج 2100010020
المتوسط ​​الحسابي500.55520
المتوسط ​​الهندسي31.622...31.622...20
المتوسط ​​التوافقي1.998...18.182...20

يتفق المتوسطان الحسابي والهندسي على أن الحاسوب C هو الأسرع. مع ذلك، من خلال عرض قيم مُعَيَّرة بشكل مناسب واستخدام المتوسط ​​الحسابي، يُمكننا إثبات أن أيًا من الحاسوبين الآخرين هو الأسرع. وبمعايرة النتائج باستخدام نتيجة الحاسوب A، نجد أن A هو الأسرع وفقًا للمتوسط ​​الحسابي.

الجدول 2
 الحاسوب أالحاسوب بالحاسوب ج
البرنامج 111020
البرنامج 210.10.02
المتوسط ​​الحسابي15.0510.01
المتوسط ​​الهندسي110.632...
المتوسط ​​التوافقي10.198...0.039...

بينما يؤدي التطبيع باستخدام نتيجة B إلى اعتبار B أسرع جهاز كمبيوتر وفقًا للمتوسط ​​الحسابي، ولكن A هو الأسرع وفقًا للمتوسط ​​التوافقي:

الجدول 3
 الحاسوب أالحاسوب بالحاسوب ج
البرنامج 10.112
البرنامج 21010.2
المتوسط ​​الحسابي5.0511.1
المتوسط ​​الهندسي110.632
المتوسط ​​التوافقي0.198...10.363...

وبالمقارنة مع نتيجة C، فإن C هو أسرع جهاز كمبيوتر وفقًا للمتوسط ​​الحسابي، بينما A هو الأسرع وفقًا للمتوسط ​​التوافقي:

الجدول 4
 الحاسوب أالحاسوب بالحاسوب ج
البرنامج 10.050.51
البرنامج 25051
المتوسط ​​الحسابي25.02525.251
المتوسط ​​الهندسي1.581...1.581...1
المتوسط ​​التوافقي0.099...0.909...1

في جميع الحالات، يظل الترتيب الذي يعطيه المتوسط ​​الهندسي هو نفسه الترتيب الذي تم الحصول عليه باستخدام القيم غير المعيارية.

مع ذلك، فقد أُثيرت تساؤلات حول هذا المنطق. [ 7 ] فالحصول على نتائج متسقة لا يعني بالضرورة الحصول على نتائج صحيحة. عمومًا، يُعدّ من الأدقّ إسناد أوزان لكل برنامج، وحساب متوسط ​​وقت التنفيذ المرجّح (باستخدام المتوسط ​​الحسابي)، ثمّ توحيد هذه النتيجة مع أحد أجهزة الحاسوب. تُعطي الجداول الثلاثة أعلاه وزنًا مختلفًا لكل برنامج، ما يُفسّر النتائج غير المتسقة للمتوسطين الحسابي والتوافقي (يُعطي الجدول 4 وزنًا متساويًا لكلا البرنامجين، بينما يُعطي الجدول 2 وزنًا قدره 1/1000 للبرنامج الثاني، ويُعطي الجدول 3 وزنًا قدره 1/100 للبرنامج الثاني و1/10 للبرنامج الأول). ينبغي تجنّب استخدام المتوسط ​​الهندسي لتجميع أرقام الأداء قدر الإمكان، لأنّ ضرب أوقات التنفيذ لا معنى له من الناحية الفيزيائية، على عكس جمع الأوقات كما في المتوسط ​​الحسابي. ينبغي حساب متوسط ​​المقاييس التي تتناسب عكسياً مع الوقت (التسريع، IPC ) باستخدام المتوسط ​​التوافقي.

يمكن اشتقاق المتوسط ​​الهندسي من المتوسط ​​المعمم باعتباره نهايته.ص{\displaystyle p}يؤول إلى الصفر. وبالمثل، هذا ممكن بالنسبة للمتوسط ​​الهندسي المرجح.

مالي

يُستخدم المتوسط ​​الهندسي من حين لآخر لحساب المؤشرات المالية (حيث يتم حساب المتوسط ​​على مكونات المؤشر). على سبيل المثال، استخدم مؤشر فايننشال تايمز 30 في الماضي المتوسط ​​الهندسي. [ 8 ] كما يُستخدم في حساب مؤشر أسعار المستهلك [ 9 ] ومؤخراً في مقياس التضخم " RPIJ " في المملكة المتحدة والاتحاد الأوروبي.

يؤدي هذا إلى التقليل من شأن تحركات المؤشر مقارنةً باستخدام المتوسط ​​الحسابي. [ 8 ]

تطبيقات في العلوم الاجتماعية

على الرغم من أن المتوسط ​​الهندسي كان نادرًا نسبيًا في حساب الإحصاءات الاجتماعية، إلا أن مؤشر التنمية البشرية للأمم المتحدة تحول إلى هذا النمط من الحساب بدءًا من عام 2010، على أساس أنه يعكس بشكل أفضل الطبيعة غير القابلة للاستبدال للإحصاءات التي يتم تجميعها ومقارنتها:

يُقلل المتوسط ​​الهندسي من مستوى إمكانية استبدال الأبعاد [المُقارنة]، وفي الوقت نفسه يضمن أن يكون لانخفاض بنسبة 1% في متوسط ​​العمر المتوقع عند الولادة، على سبيل المثال، نفس التأثير على مؤشر التنمية البشرية كما هو الحال مع انخفاض بنسبة 1% في التعليم أو الدخل. وبالتالي، كأساس لمقارنة الإنجازات، تُعد هذه الطريقة أكثر مراعاةً للاختلافات الجوهرية بين الأبعاد من المتوسط ​​البسيط. [ 10 ]

لا تُعتبر جميع القيم المستخدمة في حساب مؤشر التنمية البشرية (HDI) مُعَيَّرة؛ بل إن بعضها يأخذ الشكل التالي:(X-Xمين)/(Xمعيار-Xمين){\displaystyle \left(X-X_{\text{min}}\right)/\left(X_{\text{norm}}-X_{\text{min}}\right)}وهذا يجعل اختيار المتوسط ​​الهندسي أقل وضوحًا مما يتوقعه المرء من قسم "الخصائص" أعلاه.

إنّ الدخل المكافئ للرفاهية الموزع بالتساوي، والمرتبط بمؤشر أتكينسون ذي معامل النفور من عدم المساواة 1.0، هو ببساطة المتوسط ​​الهندسي للدخول. أما بالنسبة للقيم الأخرى غير الواحد، فإنّ القيمة المكافئة هي معيار Lp مقسومًا على عدد العناصر، حيث p يساوي واحدًا ناقص معامل النفور من عدم المساواة.

الهندسة

ارتفاع المثلث القائم الزاوية من زاويته القائمة إلى وتره هو المتوسط ​​الهندسي لأطوال القطع المستقيمة التي ينقسم إليها الوتر. باستخدام نظرية فيثاغورس على المثلثات الثلاثة ذات الأضلاع ( p + q , r , s ) ، و ( r , ​​p , h ) ، و ( s , h , q ) ، (ص+q)2=ر2+s2ص2+2صq+q2=ص2+ح2+ح2+q22صq=2ح2ح=صq{\displaystyle {\begin{aligned}(p+q)^{2}\;\;&=\quad r^{2}\;\;\,+\quad s^{2}\\p^{2}\!\!+\!2pq\!+\!q^{2}&=\overbrace {p^{2}\!\!+\!h^{2}} +\overbrace {h^{2}\!\!+\!q^{2}} \\2pq\quad \;\;\;&=2h^{2}\;\therefore h\!=\!{\sqrt {pq}}\\\end{aligned}}}

في حالة المثلث القائم الزاوية ، يُعرَّف ارتفاعه بأنه طول الخط الممتد عموديًا من الوتر إلى رأسه القائم الزاوية. وباعتبار أن هذا الخط يقسم الوتر إلى قطعتين، فإن المتوسط ​​الهندسي لطول هاتين القطعتين هو طول الارتفاع. تُعرف هذه الخاصية بنظرية المتوسط ​​الهندسي .

في القطع الناقص ، يُمثل المحور الأصغر المتوسط ​​الهندسي لأكبر وأصغر مسافة بين القطع الناقص وإحدى بؤرتيه ؛ وهو أيضاً المتوسط ​​الهندسي للمحور الأكبر والوتر البؤري . أما المحور الأكبر للقطع الناقص، فهو المتوسط ​​الهندسي للمسافة من المركز إلى إحدى بؤرتيه، والمسافة من المركز إلى إحدى دليليه .

ويمكن التفكير في الأمر بطريقة أخرى كما يلي:

لنفترض دائرة نصف قطرهار{\displaystyle r}الآن، خذ نقطتين متقابلتين قطريًا على الدائرة، واضغط من كلا الطرفين لتشويهها إلى قطع ناقص بمحورين نصف رئيسي ونصف ثانوي بطولأ{\displaystyle a}وب{\displaystyle b}.

بما أن مساحة الدائرة والقطع الناقص تبقى كما هي، فإن لدينا: πر2=πأبر2=أبر=أب.{\displaystyle {\begin{aligned}\pi r^{2}&=\pi ab\\r^{2}&=ab\\r&={\sqrt {ab}}.\end{aligned}}}

نصف قطر الدائرة هو المتوسط ​​الهندسي للمحورين شبه الرئيسي وشبه الثانوي للقطع الناقص المتكون من تشويه الدائرة.

المسافة إلى أفق الكرة (مع تجاهل تأثير الانكسار الجوي عند وجود الغلاف الجوي) تساوي المتوسط ​​الهندسي للمسافة إلى أقرب نقطة في الكرة والمسافة إلى أبعد نقطة في الكرة .

يُستخدم المتوسط ​​الهندسي في كل من تقريب تربيع الدائرة بواسطة إس. إيه. رامانوجان [ 11 ] وفي بناء الشكل السباعي عشري باستخدام "النسب المتوسطة". [ 12 ]

نسب العرض إلى الارتفاع

مقارنة متساوية المساحة لنسب العرض إلى الارتفاع التي استخدمها كيرنز باورز لاستنباط معيار SMPTE 16:9 . [ 13 ] تلفزيون 4:3/1.33 باللون الأحمر، 1.66 باللون البرتقالي، 16:9/1.77 باللون الأزرق ، 1.85 باللون الأصفر، بانافيجين /2.2 باللون الموف، وسينما سكوب /2.35 باللون البنفسجي.            

يُستخدم المتوسط ​​الهندسي في اختيار نسبة عرض إلى ارتفاع مُثلى في الأفلام والفيديوهات: فعند وجود نسبتي عرض إلى ارتفاع، يُقدّم المتوسط ​​الهندسي لهما حلاً وسطاً بينهما، حيث يُشوّه أو يقتطع كليهما بشكل متساوٍ إلى حد ما. فعلى سبيل المثال، يتقاطع مستطيلان متساويان في المساحة (لهما نفس المركز وأضلاع متوازية) بنسب عرض إلى ارتفاع مختلفة في مستطيل تكون نسبة عرضه إلى ارتفاعه هي المتوسط ​​الهندسي، ويكون محيطهما (أصغر مستطيل يحتويهما معاً) أيضاً بنسبة عرض إلى ارتفاع تساوي المتوسط ​​الهندسي.

في اختيار نسبة العرض إلى الارتفاع 16:9 من قبل جمعية مهندسي الصور المتحركة والتلفزيون (SMPTE) ، مع الموازنة بين النسبتين 2.35 و 4:3، يكون المتوسط ​​الهندسي هو2.35×431.7701{\textstyle {\sqrt {2.35\times {\frac {4}{3}}}}\approx 1.7701}وبالتالي16:9=1.777¯...{\displaystyle 16:9=1.77{\overline {7}}\dots }تم اختيار نسبة العرض إلى الارتفاع 1.77:1. وقد اكتشف كيرنز باورز ذلك تجريبيًا ، حيث قام بقص مستطيلات متساوية المساحة وتشكيلها لتتوافق مع كل نسبة عرض إلى ارتفاع شائعة. وعندما قام بتراكبها مع محاذاة مراكزها، وجد أن جميع هذه المستطيلات تتناسب مع مستطيل خارجي بنسبة عرض إلى ارتفاع 1.77:1، وأنها جميعًا تغطي أيضًا مستطيلًا داخليًا مشتركًا أصغر بنفس نسبة العرض إلى الارتفاع 1.77:1. [ 13 ] القيمة التي وجدها باورز هي بالضبط المتوسط ​​الهندسي لنسب العرض إلى الارتفاع القصوى، 4:3  (1.33:1) وسينما سكوب  (2.35:1)، وهي قريبة بشكل مصادفة من 1.77:1.16:9{\displaystyle 16:9}(1.777¯:1{\displaystyle 1.77{\overline {7}}:1}). لا تؤثر النسب المتوسطة على النتيجة، فقط النسبتان المتطرفتان.

بتطبيق نفس أسلوب المتوسط ​​الهندسي على النسبتين 16:9 و 4:3، نحصل تقريبًا على النسبة 14:9 (1.555¯{\displaystyle 1.55{\overline {5}}}...) نسبة العرض إلى الارتفاع، والتي تُستخدم بدورها كحل وسط بين هذه النسب. [ 14 ] في هذه الحالة، 14:9 هي بالضبط المتوسط ​​الحسابي لـ16:9{\displaystyle 16:9}و4:3=12:9{\displaystyle 4:3=12:9}بما أن 14 هو متوسط ​​16 و12، فإن المتوسط ​​الهندسي الدقيق هو169×431.539613.8:9،{\textstyle {\sqrt {{\frac {16}{9}}\times {\frac {4}{3}}}}\approx 1.5396\approx 13.8:9,}لكن الوسيلتين المختلفتين ، الحسابية والهندسية، متساويتان تقريبًا لأن كلا الرقمين قريبان بما فيه الكفاية من بعضهما البعض (فرق أقل من 2٪).

تنسيقات الورق

يُستخدم المتوسط ​​الهندسي أيضاً لحساب أحجام الورق من السلسلتين B و C.بن{\displaystyle B_{n}}للشكل مساحة تمثل المتوسط ​​الهندسي لمساحاتأن{\displaystyle A_{n}}وأن-1{\displaystyle A_{n-1}}على سبيل المثال، مساحة ورقة B1 هي22م2{\textstyle {\frac {\sqrt {2}}{2}}\mathrm {m} ^{2}}لأنه المتوسط ​​الهندسي لمساحات A0 (1م2{\textstyle 1\mathrm {m} ^{2}}) و A1 (12م2{\textstyle {\frac {1}{2}}\mathrm {m} ^{2}}) ورق (1م212م2=12م4={\textstyle {\sqrt {1\mathrm {m} ^{2}\cdot {\frac {1}{2}}\mathrm {m} ^{2}}}={\sqrt {{\frac {1}{2}}\mathrm {m} ^{4}}}={}}12م2=22م2{\textstyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}\mathrm {m} ^{2}={\frac {\sqrt {2}}{2}}\mathrm {m} ^{2}}).

وينطبق المبدأ نفسه على سلسلة C، التي تمثل مساحتها المتوسط ​​الهندسي لمساحتي سلسلتي A وB. على سبيل المثال، تبلغ مساحة تنسيق C4 المتوسط ​​الهندسي لمساحتي A4 وB4.

تتمثل إحدى المزايا التي تأتي من هذه العلاقة في أن ورقة A4 تناسب ظرف C4، وكلاهما يناسب ظرف B4.

تطبيقات أخرى

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. إذاكان NM = a و PM = b ، فإن AM = AM للضلعين a و b ، ونصف القطر r = AQ = AG.باستخدام نظرية فيثاغورس ، QM² = AQ² + AM² ، ومنه QM =( AQ² + AM² ) = QM . باستخدام نظرية فيثاغورس، AM² = AG² + GM² ، ومنه GM =( AM² - AG² ) = GM .باستخدام تشابه المثلثات ، HM / GM = GM / AM ، ومنه HM = GM² / AM = HM .

مراجع

  1. مات فريهاوف، ميكايلا هيرتل، خوان ليو، وستايسي لونغ، "حول إنشاءات الفرجار والمسطرة: الوسائل" (ملف PDF) . جامعة واشنطن، قسم الرياضيات. 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يونيو 2018 .
  2. ديفيد إي. جويس ، محرر. (2013). "إقليدس، الكتاب السادس، القضية 13" . جامعة كلارك . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يوليو 2019 .
  3. "2.5: المتوسط ​​الهندسي" . إحصاءات ليبر تيكستس . 2019-04-20 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2021-08-16 .
  4. كراولي، مايكل ج. (2005). الإحصاء: مقدمة باستخدام لغة البرمجة R. جون وايلي وأولاده. ISBN 9780470022986.
  5. ميتشل، دوغلاس و. (2004). "المزيد حول الفروقات والمتوسطات غير الحسابية". المجلة الرياضية . 88 (511): 142-144 . doi : 10.1017/S0025557200174534 . S2CID 168239991 . 
  6. فليمنج، فيليب جيه؛ والاس، جون جيه (1986). "كيفية تجنب التلاعب بالإحصاءات: الطريقة الصحيحة لتلخيص نتائج الاختبارات المعيارية" . مجلة اتصالات رابطة مكائن ​​الحوسبة . 29 (3): 218-221 . doi : 10.1145/5666.5673 . S2CID 1047380 . 
  7. سميث، جيمس إي. (1988). "وصف أداء الحاسوب برقم واحد" . اتصالات رابطة آلات الحوسبة . 31 (10): 1202-1206 . doi : 10.1145/63039.63043 . S2CID 10805363 . 
  8. 1 2 رولي، إريك إي. (1987). النظام المالي اليوم . مطبعة جامعة مانشستر. ISBN 0719014875.
  9. "قياس تضخم الأسعار" (ملف PDF) . GOV.UK. إدارة الاكتواريين الحكومية. مارس 2017. تاريخ الاطلاع: 15 يوليو 2023 .
  10. "الأسئلة الشائعة" . تقارير التنمية البشرية . برنامج الأمم المتحدة الإنمائي. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2011-03-02.
  11. رامانوجان، س. (1914). "المعادلات النمطية والتقريبات لـ π" (ملف PDF) . المجلة الفصلية للرياضيات . 45 : 350-372 .
  12. مقتطف من كتاب "مستودع الرياضيات" لليبورن، 1818، بقلم تي بي ستويلفي مجلة "المحلل" عبر كتب جوجل.
  13. 1 2 "نشرة فنية: فهم نسب العرض إلى الارتفاع" (ملف PDF) . دار نشر سينما سورس. 2001. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 9 سبتمبر 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2009 .
  14. ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 5956091 ، "طريقة عرض الصور بنسبة 16:9 على شاشات بنسبة 4:3"، ​​الصادرة في 21 سبتمبر 1999 
  15. ماك إيفوي، بروس. "خصائص تكوين الألوان: قياس الضوء واللون" . handprint.com/LS/CVS/color.html . علم قياس الألوان. مؤرشف من الأصل بتاريخ 14 يوليو 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 يناير 2020 .
  16. هنري لودويل مور (1895). نظرية فون ثونين للأجور الطبيعية . جي إتش إليس.