المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية


Arithmetic Mean  
  
1610   05:21 مساءً   date: 26-6-2019
Author : Abramowitz, M. and Stegun, I. A.
Book or Source : Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover
Page and Part : ...


Read More
Date: 27-4-2018 1280
Date: 16-8-2018 1737
Date: 12-9-2019 1927

Arithmetic Mean

 

The arithmetic mean of a set of values is the quantity commonly called "the" mean or the average. Given a set of samples {x_i}, the arithmetic mean is

 x^_=1/Nsum_(i=1)^Nx_i.

(1)

It can be computed in the Wolfram Language using Mean[list].

The arithmetic mean is the special case M_1 of the power mean and is one of the Pythagorean means.

When viewed as an estimator for the mean of the underlying distribution (known as the population mean), the arithmetic mean of a sample is called the sample mean.

For a continuous distribution function, the arithmetic mean of the population, denoted mux^_<x>, or A(x) and called the population mean of the distribution, is given by

 mu=int_(-infty)^inftyP(x)f(x)dx,

(2)

where <x> is the expectation value. Similarly, for a discrete distribution,

 mu=sum_(n=1)^NP(x_n)f(x_n).

(3)

The arithmetic mean satisfies

 <f(x)+g(x)>=<f(x)>+<g(x)>

(4)

 <cf(x)>=c<f(x)>,

(5)

and

 <f(x)g(y)>=<f(x)><g(y)>

(6)

if x and y are independent statistics. The "sample mean," which is the mean estimated from a statistical sample, is an unbiased estimator for the population mean.

Hoehn and Niven (1985) show that

 A(a_1+c,a_2+c,...,a_n+c)=c+A(a_1,a_2,...,a_n)

(7)

for any constant c. For positive arguments, the arithmetic mean satisfies

 A>=G>=H,

(8)

where G is the geometric mean and H is the harmonic mean (Hardy et al. 1952, Mitrinović 1970, Beckenbach and Bellman 1983, Bullen et al. 1988, Mitrinović et al. 1993, Alzer 1996). This can be shown as follows. For a,b>0,

 (1/(sqrt(a))-1/(sqrt(b)))^2>=0

(9)

 1/a-2/(sqrt(ab))+1/b>=0

(10)

 1/a+1/b>=2/(sqrt(ab))

(11)

 sqrt(ab)>=2/(1/a+1/b)

(12)

 G>=H,

(13)

with equality iff b=a. To show the second part of the inequality,

 (sqrt(a)-sqrt(b))^2=a-2sqrt(ab)+b>=0

(14)

 (a+b)/2>=sqrt(ab)

(15)

 A>=G,

(16)

with equality iff a=b. Combining (◇) and (◇) then gives (◇).

Given n independent random normally distributed variates X_i, each with population mean mu_i=mu and variance sigma_i^2=sigma^2,

 x^_=1/Nsum_(i=1)^Nx_i

(17)

<x^_> = 1/N<sum_(i=1)^(N)x_i>

(18)

= 1/Nsum_(i=1)^(N)<x_i>

(19)

= 1/Nsum_(i=1)^(N)mu

(20)

= 1/N(Nmu)

(21)

= mu,

(22)

so the sample mean is an unbiased estimator of the population mean. However, the distribution of x^_ depends on the sample size. For large samples, x^_ is approximately normal. For small samples, Student's t-distribution should be used.

The variance of the sample mean is independent of the distribution, and is given by

var(x^_) = var(1/nsum_(i=1)^(N)x_i)

(23)

= 1/(N^2)var(sum_(i=1)^(N)x_i)

(24)

= 1/(N^2)sum_(i=1)^(n)var(x_i)

(25)

= (1/(N^2))sum_(i=1)^(N)sigma^2

(26)

= (sigma^2)/N.

(27)

For small samples, the sample mean is a more efficient estimator of the population mean than the statistical median, and approximately pi/2 less (Kenney and Keeping 1962, p. 211). Here, an estimator of a parameter of a probability distribution is said to be more efficient than another one if it has a smaller variance. In this case, the variance of the sample mean is generally less than the variance of the sample median. The relative efficiency of two estimators is the ratio of this variance.

A general expression that often holds approximately is

 mean-mode approx 3(mean-median)

(28)

(Kenney and Keeping 1962).


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, p. 10, 1972.

Alzer, H. "A Proof of the Arithmetic Mean-Geometric Mean Inequality." Amer. Math. Monthly 103, 585, 1996.

Beckenbach, E. F. and Bellman, R. Inequalities. New York: Springer-Verlag, 1983.

Beyer, W. H. CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, p. 471, 1987.

Bullen, P. S.; Mitrinović, D. S.; and Vasić, P. M. Means and Their Inequalities. Dordrecht, Netherlands: Reidel, 1988.

Havil, J. Gamma: Exploring Euler's Constant. Princeton, NJ: Princeton University Press, pp. 119-121, 2003.

Hardy, G. H.; Littlewood, J. E.; and Pólya, G. Inequalities. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1952.

Hoehn, L. and Niven, I. "Averages on the Move." Math. Mag. 58, 151-156, 1985.

Kenney, J. F. and Keeping, E. S. Mathematics of Statistics, Pt. 1, 3rd ed. Princeton, NJ: Van Nostrand, 1962.

Mitrinović, D. S. Analytic Inequalities. New York: Springer-Verlag, 1970.

Mitrinović, D. S.; Pečarić, J. E.; and Fink, A. M. Classical and New Inequalities in Analysis. Dordrecht, Netherlands: Kluwer, 1993.

Zwillinger, D. (Ed.). CRC Standard Mathematical Tables and Formulae. Boca Raton, FL: CRC Press, p. 601, 1995.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.