Перейти к содержанию
Избранное

Калькулятор среднего гармонического

Обновлено:

Введите два и более положительных числа — и калькулятор вычислит их среднее гармоническое: величину, обратную среднему арифметическому обратных значений. Идеально подходит для усреднения темпов и скоростей.

Вычислить среднее гармоническое чисел

Поля ввода
Укажите, для скольких значений нужно вычислить среднее гармоническое
n₁
n₂
Если включено, результат будет автоматически обновляться при изменении любого значения.

Формула среднего гармонического

Формула
\[ H = \frac{n}{\dfrac{1}{x_1} + \dfrac{1}{x_2} + \cdots + \dfrac{1}{x_n}} \]

Где:

  • \(H\) — среднее гармоническое
  • \(n\) — количество значений
  • \(x_1, x_2, \ldots, x_n\) — отдельные значения; каждое должно быть положительным и не равным нулю

Формула делит количество значений на сумму их обратных величин. Иначе говоря, это величина, обратная среднему арифметическому обратных значений — именно поэтому меньшим значениям придается больший вес.

Среднее гармоническое — пример расчёта

Пример: вы дважды проезжаете одно и то же расстояние — сначала со скоростью 10 км/ч, затем 20 км/ч — и хотите узнать среднюю скорость за всю поездку.

\[ H = \frac{2}{\dfrac{1}{10} + \dfrac{1}{20}} = \frac{2}{0.1 + 0.05} = \frac{2}{0.15} \approx 13.33 \]

Результат: среднее гармоническое чисел 10 и 20 равно примерно 13,33 км/ч, а не 15, как ошибочно подсказало бы среднее арифметическое.

Как пользоваться калькулятором

  1. Укажите, сколько значений хотите усреднить, в поле Количество значений (минимум 2). Дополнительные поля ввода появятся автоматически.
  2. Введите свои положительные числа в поля Число 1, Число 2 и так далее.
  3. Результат мгновенно появится в поле Среднее значение — нажимать кнопку не нужно.
  4. Если какое-либо значение равно нулю или отрицательно, калькулятор покажет ошибку, поскольку среднее гармоническое определено только для положительных чисел.

Что такое среднее гармоническое?

Среднее гармоническое — одно из трёх классических пифагоровых средних наряду со средним арифметическим и средним геометрическим. Для любого набора положительных чисел всегда выполняется соотношение:

\[ H \leq G \leq A \]

причём равенство достигается, только когда все значения одинаковы. На практике среднее гармоническое является правильным «средним» всякий раз, когда усредняемые величины выражены как темпы — то есть как нечто на единицу чего-либо другого: километры в час, литры на 100 км, единицы продукции в час.

Классическая иллюстрация — средняя скорость. Если вы проезжаете 100 км со скоростью 60 км/ч, а следующие 100 км — со скоростью 40 км/ч, истинная средняя скорость равна не 50 км/ч, а среднему гармоническому \(2/(1/60 + 1/40) = 48\) км/ч, потому что на меньшей скорости вы проводите больше времени. Всякий раз, когда каждое значение относится к одному и тому же расстоянию, объёму или объёму работы, именно среднее гармоническое, а не арифметическое, даёт верный общий темп.

Поскольку малые значения дают непропорционально большие обратные величины, среднее гармоническое тяготеет к наименьшим значениям и устойчиво к очень большим выбросам. Это свойство используется в финансах при усреднении коэффициентов цена/прибыль портфеля, в машинном обучении — в метрике F1 (среднем гармоническом точности и полноты), а в электротехнике — при расчёте параллельно соединённых резисторов.

Допущения, ограничения и советы

  • Все значения должны быть положительными. Даже один ноль или отрицательное число делает среднее гармоническое неопределённым — калькулятор отклонит такой ввод.
  • Используйте его для темпов, а не для количеств. Если вы усредняете цены, веса или оценки напрямую, обычно правильным выбором будет среднее арифметическое или средневзвешенное.
  • Предполагается равный вес. Каждое значение учитывается одинаково. Если ваши темпы относятся к разным расстояниям или объёмам, потребуется взвешенное среднее гармоническое.
  • Одно крайне малое значение dominates. Среднее гармоническое чисел \(1, 100, 100\) равно примерно 2,94, а вовсе не около 67. Убедитесь, что единственное крошечное значение действительно относится к вашим данным.
  • Чтобы сравнить все три классических средних на одних и тех же данных — или поработать со средним квадратическим, используемым в статистике, — попробуйте калькулятор среднего квадратического (RMS).

Среднее гармоническое и другие средние

Среднее Что подходит лучше всего Пример применения
Среднее гармоническое Темпы на равных единицах (скорость, эффективность) Средняя скорость на равных отрезках пути
Среднее геометрическое Мультипликативные данные, темпы роста Средняя доходность инвестиций за несколько лет
Среднее арифметическое Аддитивные величины Средний балл по тестам
Среднее квадратическое (RMS) Данные, колеблющиеся вокруг нуля Действующее напряжение переменного сигнала

Смежное практическое применение — расчёт времени, за которое два человека выполнят работу вместе: в его основе лежит, по существу, вычисление среднего гармонического.

Часто задаваемые вопросы

Как вычислить среднее гармоническое вручную?

Посчитайте количество значений, возьмите обратную величину каждого (переверните его: 1 разделить на значение), сложите эти обратные величины, а затем разделите количество значений на эту сумму. Например, для 4, 6 и 12: обратные величины равны 0,25, 0,167 и 0,083, их сумма равна 0,5, и \(3 / 0.5 = 6\). Всегда проверяйте, что результат не больше вашего наименьшего значения — так быть не должно никогда.

Есть ли краткая формула среднего гармонического двух чисел?

Да. Для двух значений \(a\) и \(b\) среднее гармоническое равно \(\frac{2ab}{a+b}\). Например, для 30 и 60: \(2 \times 30 \times 60 / (30 + 60) = 3600/90 = 40\). Эта краткая формула удобна в задачах о средней скорости, например при поездке туда и обратно с двумя разными скоростями на одном и том же расстоянии.

Когда среднее гармоническое является «хорошим» или типичным значением?

Универсально «хорошего» диапазона не существует — всё зависит от ваших данных. Полезная проверка на здравый смысл — соотношение \(H \leq G \leq A\): среднее гармоническое всегда меньше или равно среднему геометрическому и арифметическому, причём равенство возможно, только когда все значения одинаковы. Если ваш результат превышает среднее арифметическое, где-то в расчётах допущена ошибка.

Что делать, если мои темпы относятся к разным расстояниям или объёмам?

Вам потребуется взвешенное среднее гармоническое: \(H = \frac{w_1 + w_2 + \cdots + w_n}{\frac{w_1}{x_1} + \frac{w_2}{x_2} + \cdots + \frac{w_n}{x_n}}\), где каждый вес \(w\) — это расстояние, объём или объём работы, к которому относится данный темп. Невзвешенный вариант на этой странице предполагает, что каждое значение имеет одинаковый вес, что верно лишь тогда, когда лежащие в основе единицы совпадают.

Почему нельзя вводить ноль или отрицательные числа?

Формула делит на сумму обратных величин, а обратная величина нуля не определена — поэтому даже один ноль ломает весь расчёт. Отрицательные значения также разрушают математику: суммы обратных величин могут стать нулевыми или отрицательными, давая бессмысленные или отрицательные результаты. Если ваши данные содержат нули или отрицательные числа, среднее гармоническое — неподходящий инструмент; используйте среднее арифметическое или геометрическое (после обработки отрицательных значений).

Какая ошибка при усреднении скоростей самая распространённая?

Использование среднего арифметического, когда каждая скорость относится к одному и тому же расстоянию. Если один отрезок пути вы едете со скоростью 80 км/ч, а равный отрезок — 40 км/ч, истинная средняя скорость равна 53,33 км/ч, а не 60. Среднее арифметическое верно лишь тогда, когда каждая скорость действует одинаковое время. Задайте себе вопрос: я уравниваю время или расстояние? Это и определяет, какое среднее использовать.

Как среднее гармоническое связано с параллельными резисторами?

Для двух резисторов общее сопротивление при параллельном соединении равно половине среднего гармонического их значений: \(R_{total} = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}\). В более общем виде складываются проводимости (1/R) — точно так же, как обратные величины в формуле среднего гармонического. Для двух одинаковых резисторов результат равен половине одного резистора — удобный способ проверить свои расчёты в электронике.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *