Harmonisches Mittel

Mittelwert einer Menge von Zahlen
(Weitergeleitet von Gewichtetes 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 Bearbeiten

Das harmonische Mittel von   Zahlen   ist definiert als

 .[1]

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 Bearbeiten

Der Kehrwert des harmonischen Mittels ist

 

und somit das arithmetische Mittel der Kehrwerte.

Für zwei Werte   und   ergibt sich

 [2]

mit dem arithmetischen Mittel   und dem geometrischen Mittel  .

Für nichtnegative   gilt

 

Beispiele Bearbeiten

Für das harmonische Mittel von   und   gilt

 .

Verwendet man die Formel aus dem Abschnitt Eigenschaften, so gilt

 .

Für das harmonische Mittel von zwei benachbarten natürlichen Zahlen   und   ergibt sich

 .

Für n = 0, 1, 2, 3 usw. erhält man die Werte 0, 1 + 1/3, 2 + 2/5, 3 +  3/7 usw. Diese Mittel spielen eine Rolle beim Dean-Verfahren, einem Sitzzuteilungsverfahren.

Gewichtetes harmonisches Mittel Bearbeiten

Definition Bearbeiten

Sind den   positive Gewichte   zugeordnet, so ist das gewichtete harmonische Mittel wie folgt definiert:

 [3]

Sind alle   gleich, so erhält man das gewöhnliche harmonische Mittel.

Beispiel Bearbeiten

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.

 [4]

Siehe auch Bearbeiten

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. 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.
  2. Ruma Falk und Avital Lavie Lann: 2 Zwei spezielle gewichtete Mittel. In: Gewichtete Mittel im Spiegel. stochastik-in-der-schule.de, 2014, S. 23, abgerufen am 2. September 2022.
  3. Ruma Falk und Avital Lavie Lann: 2 Zwei spezielle gewichtete Mittel. In: Gewichtete Mittel im Spiegel. stochastik-in-der-schule.de, 2014, S. 22, abgerufen am 2. September 2022.
  4. Thorsten Weist: 2 Beispiele. In: Mittelwerte. uni-duesseldorf.de, 2014, abgerufen am 2. September 2022.