Μέση τιμή

Η μέση τιμή είναι μια ποσότητα που αντιπροσωπεύει το «κέντρο» μιας συλλογής αριθμών και βρίσκεται στο ενδιάμεσο των ακραίων τιμών του συνόλου των αριθμών. Υπάρχουν διάφορα είδη μέσων τιμών (ή «μέτρων κεντρικής τάσης») στα μαθηματικά, ιδίως στη στατιστική. Καθένα από αυτά επιχειρεί να συνοψίσει ή να τυποποιήσει μια δεδομένη ομάδα δεδομένων, απεικονίζοντας το μέγεθος και το πρόσημο του συνόλου δεδομένων. Το ποιο από αυτά τα μέτρα είναι πιο διαφωτιστικό εξαρτάται από το τι μετράται, καθώς και από το πλαίσιο και τον σκοπό.

Η αριθμητική μέση τιμή, επίσης γνωστή ως «αριθμητικός μέσος όρος», είναι το άθροισμα των τιμών διαιρούμενο με τον αριθμό των τιμών. Η αριθμητική μέση τιμή ενός συνόλου αριθμών  x1, x2, ..., xn συμβολίζεται συνήθως με μια επάνω γραμμή (overline), . Εάν οι αριθμοί προέρχονται από την παρατήρηση ενός δείγματος μιας μεγαλύτερης ομάδας, η αριθμητική μέση τιμή ονομάζεται δειγματική μέση τιμή ()  για να διακρίνεται από τη μέση τιμή της ομάδας (ή την αναμενόμενη τιμή) της υποκείμενης κατανομής, η οποία συμβολίζεται με  ή .Underhill, L.G.; Bradfield d. (1998) Introstat, Juta and Company Ltd. ISBN 0-7021-3838-X p. 181

Εκτός των πιθανοτήτων και της στατιστικής, ένα ευρύ φάσμα άλλων εννοιών της μέσης τιμής χρησιμοποιείται συχνά στη γεωμετρία και τη μαθηματική ανάλυση- παρουσιάζονται παραδείγματα παρακάτω.

Κατηγορίες μέσες τιμές

 Πυθαγόρειες μέσες τιμές

Στα μαθηματικά, οι τρεις κλασικές πυθαγόρειες μέσες τιμές είναι η αριθμητική μέση τιμή (AM), η γεωμετρική μέση τιμή (GM) και η αρμονική μέση τιμή (HM). Αυτές οι μέσες τιμές μελετήθηκαν με αναλογίες από τους Πυθαγόρειους και μεταγενέστερες γενιές Ελλήνων μαθηματικών λόγω της σημασίας τους στη γεωμετρία και τη μουσική. 

 Αριθμητική μέση τιμή (AM) 

Η αριθμητική μέση τιμή (ή απλά «μέση τιμή» ή «μέσος όρος») μιας λίστας αριθμών, είναι το άθροισμα όλων των αριθμών διαιρούμενο με τον αριθμό τους. Ομοίως, η μέση τιμή ενός δείγματος , που συνήθως συμβολίζεται με , είναι το άθροισμα των τιμών του δείγματος διαιρεμένο με τον αριθμό των στοιχείων του δείγματος.

Παραδείγματος χάριν, η αριθμητική μέση τιμή πέντε τιμών: 4, 36, 45, 50, 75 είναι:

 Γεωμετρική μέση τιμή (GM) 

Η γεωμετρική μέση τιμή είναι ένας μέσος όρος που είναι χρήσιμος για σύνολα θετικών αριθμών, τα οποία ερμηνεύονται σύμφωνα με το γινόμενό τους (όπως συμβαίνει με τους ρυθμούς ανάπτυξης) και όχι με το άθροισμά τους (όπως συμβαίνει με την αριθμητική μέση τιμή):



Παραδείγματος χάριν, η γεωμετρική μέση τιμή πέντε τιμών: 4, 36, 45, 50, 75 είναι:

 Αρμονική μέση τιμή (HM) 

Η αρμονική μέση τιμή είναι ένας μέσος όρος που είναι χρήσιμος για σύνολα αριθμών που ορίζονται σε σχέση με κάποια μονάδα, όπως στην περίπτωση της ταχύτητας (δηλαδή της απόστασης ανά μονάδα χρόνου):

Παραδείγματος χάριν, η αρμονική μέση τιμή των πέντε τιμών: 4, 36, 45, 50, 75 είναι

Εάν έχουμε πέντε αντλίες που μπορούν να αδειάσουν μια δεξαμενή συγκεκριμένου μεγέθους σε 4, 36, 45, 50 και 75 λεπτά αντίστοιχα, τότε η αρμονική μέση τιμή των 
μας λέει ότι αυτές οι πέντε διαφορετικές αντλίες που δουλεύουν μαζί θα αντλήσουν με τον ίδιο ρυθμό όσο και πέντε αντλίες που η καθεμία μπορεί να αδειάσει τη δεξαμενή σε  λεπτά.

Σχέση μεταξύ AM, GM και HM 
μικρογραφία|236x236εσ|Απόδειξη χωρίς λόγια της ανισότητας AM-GM:Χρησιμοποιώντας το θεώρημα της γεωμετρικής μέσης τιμής, το υψόμετρο GQ του τριγώνου PGR είναι η γεωμετρική μέση τιμή. Για κάθε λόγο a:b, AO ≥ GQ.
Οι AM, GM και HM ικανοποιούν αυτές τις ανισότητες:

Η ισότητα ισχύει εάν όλα τα στοιχεία του συγκεκριμένου δείγματος είναι ίσα.

Στατιστική θέση

Στην περιγραφική στατιστική, η μέση τιμή μπορεί να συγχέεται με τη διάμεση τιμή, τον τρόπο ή το μέσο εύρος, καθώς οποιοδήποτε από αυτά μπορεί εσφαλμένα να αποκαλείται «μέσος όρος» (πιο επίσημα, μέτρο κεντρικής τάσης). Η μέση τιμή ενός συνόλου παρατηρήσεων είναι ο αριθμητικός μέσος όρος των τιμών- ωστόσο, για λοξές κατανομές, η μέση τιμή δεν είναι απαραίτητα η ίδια με τη μέση τιμή (διάμεσος) ή την πιο πιθανή τιμή (τρόπος). Παραδείγματος χάριν, το μέσο εισόδημα είναι συνήθως στραβό προς τα πάνω από ένα μικρό αριθμό ατόμων με πολύ μεγάλα εισοδήματα, έτσι ώστε η πλειοψηφία να έχει εισόδημα χαμηλότερο από τη μέση τιμή. Αντίθετα, το διάμεσο εισόδημα είναι το επίπεδο στο οποίο ο μισός πληθυσμός βρίσκεται κάτω και ο μισός πάνω από αυτό. Το μέσο εισόδημα είναι το πιθανότερο εισόδημα και ευνοεί τον μεγαλύτερο αριθμό ατόμων με χαμηλότερα εισοδήματα. Ενώ η διάμεσος και ο τρόπος είναι συχνά πιο διαισθητικά μέτρα για τέτοια στρεβλά δεδομένα, πολλές στρεβλές κατανομές περιγράφονται στην πραγματικότητα καλύτερα από τη μέση τιμή τους, συμπεριλαμβανομένων των εκθετικών κατανομών και της κατανομής Πουασόν.
μικρογραφία|233x233εσ|Σύγκριση της αριθμητικής μέσης τιμής, της διαμέσου και του τρόπου λειτουργίας δύο στρεβλών (λογαριθμοκανονικών) κατανομών

Μέση τιμή μιας κατανομής πιθανοτήτων
Κύριο άρθρο: Αναμενόμενη τιμή
μικρογραφία|311x311px|Γεωμετρική απεικόνιση του τρόπου, της διαμέσου και της μέσης τιμής μιας αυθαίρετης συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας
Η μέση τιμή μιας κατανομής πιθανοτήτων είναι η μακροχρόνια αριθμητική μέση τιμή μιας τυχαίας μεταβλητής που έχει αυτή την κατανομή. Εάν η τυχαία μεταβλητή συμβολίζεται με , τότε η μέση τιμή είναι επίσης γνωστή ως η αναμενόμενη τιμή της  (συμβολίζεται με ). Για μια διακριτή κατανομή πιθανότητας, η μέση τιμή δίνεται από τη σχέση , όπου το άθροισμα λαμβάνεται σε όλες τις πιθανές τιμές της τυχαίας μεταβλητής και  είναι η συνάρτηση μάζας πιθανότητας. Για μια συνεχή κατανομή, η μέση τιμή είναι  είναι η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας. Σε όλες τις περιπτώσεις, συμπεριλαμβανομένων εκείνων στις οποίες η κατανομή δεν είναι ούτε διακριτή ούτε συνεχής, η μέση τιμή είναι το ολοκλήρωμα Λεμπέσγκ της τυχαίας μεταβλητής ως προς το μέτρο πιθανότητάς της. Ο μέσος όρος δεν είναι απαραίτητο να υπάρχει ή να είναι πεπερασμένος- για ορισμένες κατανομές πιθανότητας η μέση τιμή είναι άπειρη ( or ),, ενώ για άλλες η μέση τιμή είναι απροσδιόριστη.

 Γενικευμένη μέση τιμή

Μέση ισχύς
Η γενικευμένη μέση τιμή, επίσης γνωστή ως μέση τιμή δύναμης ή μέση τιμή Χόλντερ, είναι μια αφαίρεση των τετραγωνικών, αριθμητικών, γεωμετρικών και αρμονικών μέσων τιμών. Ορίζεται για ένα σύνολο n θετικών αριθμών xi με



Επιλέγοντας διαφορετικές τιμές για την παράμετρο m, προκύπτουν οι ακόλουθες κατηγορίες μέσης τιμής: 

 f-μέση τιμή
Αυτό μπορεί να γενικευτεί περαιτέρω ως γενικευμένη -μέση τιμή

και πάλι μια κατάλληλη επιλογή ενός αντιστρέψιμου   θα δώσει
 {|
|-
|  || μέση τιμή ισχύος,
|-
|  || αριθμητική μέση τιμή,
|-
|  || γεωμετρική μέση τιμή.
|-
|  || αρμονική μέση τιμή,
|}

 Σταθμισμένη αριθμητική μέση τιμή 

Η σταθμισμένη αριθμητική μέση τιμή (ή σταθμισμένος μέσος όρος) χρησιμοποιείται εάν κάποιος θέλει να συνδυάσει μέσες τιμές από δείγματα διαφορετικού μεγέθους του ίδιου πληθυσμού: 



Όπου  και  είναι η μέση τιμή και το μέγεθος του δείγματος  αντίστοιχα. Σε άλλες εφαρμογές, αντιπροσωπεύουν ένα μέτρο για την αξιοπιστία της επιρροής του μέσου όρου από τις αντίστοιχες τιμές.

Αποκομμένη μέση τιμή

Μερικές φορές, ένα σύνολο αριθμών μπορεί να περιέχει ακραίες τιμές (δηλαδή τιμές δεδομένων που είναι πολύ χαμηλότερες ή πολύ υψηλότερες από τις υπόλοιπες). Συχνά, οι ακραίες τιμές είναι εσφαλμένα δεδομένα που προκαλούνται από τεχνουργήματα. Στην περίπτωση αυτή, μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει μια αποκομμένη μέση τιμή. Περιλαμβάνει την απόρριψη συγκεκριμένων τμημάτων των δεδομένων στο άνω ή στο κάτω άκρο, συνήθως ίσης ποσότητας σε κάθε άκρο, και στη συνέχεια τη λήψη του αριθμητικού μέσου των εναπομεινάντων δεδομένων. Ο αριθμός των τιμών που αφαιρούνται αναφέρεται ως ποσοστό του συνολικού αριθμού των τιμών.

Διατεταρτημοριακή μέση τιμή

Η διατεταρτημοριακή μέση τιμή είναι ένα συγκεκριμένο παράδειγμα μιας περικομμένης μέσης τιμής. Είναι απλώς η αριθμητική μέση τιμή μετά την αφαίρεση του χαμηλότερου και του υψηλότερου τετάρτου των τιμών.



υποθέτοντας ότι οι τιμές έχουν ταξινομηθεί, οπότε είναι απλώς ένα συγκεκριμένο παράδειγμα μιας σταθμισμένης μέσης τιμής για ένα συγκεκριμένο σύνολο βαρών.

Μέση τιμή μιας συνάρτησης

Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι μαθηματικοί μπορούν να υπολογίσουν την μέση τιμή ενός άπειρου (ή ακόμη και μη αναρίθμητου) συνόλου τιμών. Αυτό μπορεί να συμβεί κατά τον υπολογισμό της μέσης τιμής  μιας συνάρτησης . Διαισθητικά, η μέση τιμή μιας συνάρτησης μπορεί να θεωρηθεί ως ο υπολογισμός του εμβαδού κάτω από ένα τμήμα μιας καμπύλης και στη συνέχεια η διαίρεση με το μήκος αυτού του τμήματος. Αυτό μπορεί να γίνει χονδροειδώς μετρώντας τετράγωνα σε χαρτί γραφικών παραστάσεων, ή ακριβέστερα με ολοκλήρωση. Ο τύπος της ολοκλήρωσης γράφεται ως εξής:



Σε αυτή την περίπτωση, πρέπει να ληφθεί μέριμνα ώστε το ολοκλήρωμα να συγκλίνει. Αλλά η μέση τιμή μπορεί να είναι πεπερασμένη ακόμη και αν η ίδια η συνάρτηση τείνει στο άπειρο σε ορισμένα σημεία.

Μέση τιμή γωνιών και κυκλικών μεγεθών

Οι γωνίες, οι ώρες της ημέρας και άλλες κυκλικές ποσότητες απαιτούν Μοδιακή αριθμητική για να προσθέσουν και να συνδυάσουν με άλλο τρόπο αριθμούς. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, δεν θα υπάρχει μία μοναδική μέση τιμή. Παραδείγματος χάριν, οι ώρες μια ώρα πριν και μετά τα μεσάνυχτα ισαπέχουν τόσο από τα μεσάνυχτα όσο και από το μεσημέρι. Είναι επίσης πιθανό να μην υπάρχει μέση τιμή. Σκεφτείτε έναν τροχό χρωμάτων - δεν υπάρχει μέση τιμή στο σύνολο όλων των χρωμάτων. Σε αυτές τις περιπτώσεις, πρέπει να αποφασίσετε ποια μέση τιμή είναι πιο χρήσιμη. Μπορούμε να το κάνουμε αυτό προσαρμόζοντας τις τιμές πριν από τη μέση τιμή ή χρησιμοποιώντας μια εξειδικευμένη προσέγγιση για τη μέση τιμή κυκλικών ποσοτήτων.

Μέση τιμή Φρεσέ

Η μέση τιμή Φρεσέ δίνει έναν τρόπο για τον προσδιορισμό του «κέντρου» μιας κατανομής μάζας σε μια επιφάνεια ή, γενικότερα, σε μια πολλαπλή του Ριμάν. Σε αντίθεση με πολλά άλλα μέσα, η μέση τιμή Φρεσέ ορίζεται σε ένα χώρο του οποίου τα στοιχεία δεν μπορούν απαραίτητα να προστεθούν ή να πολλαπλασιαστούν με κλιμάκια. Μερικές φορές είναι επίσης γνωστός ως μέση τιμή Κάρτσερ (από το όνομα του Χέρμαν Κάρτσερ).

Τριγωνικά σύνολα

Στη γεωμετρία, υπάρχουν χιλιάδες διαφορετικοί ορισμοί για το κέντρο ενός τριγώνου που μπορούν όλοι να ερμηνευθούν ως μέση τιμή ενός τριγωνικού συνόλου σημείων στο επίπεδο.

Κανόνας του Σουάνσον

Πρόκειται για μια προσέγγιση της μέσης τιμής για μια μέτρια στρεβλή κατανομή.Hurst A, Brown GC, Swanson RI (2000) Swanson's 30-40-30 Rule.  American Association of Petroleum Geologists Bulletin 84(12) 1883-1891 Χρησιμοποιείται στην εξερεύνηση υδρογονανθράκων και ορίζεται ως εξής:



όπου  ,   και  είναι το 10ο, 50ο και 90ο εκατοστημόριο της κατανομής, αντίστοιχα.

 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 
English - Greek Dictionary of Pure and Applied Mathematics Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
Αγγλοελληνικό Λεξικό Μαθηματικής Ορολογίας - Πανεπιστήμιο Κύπρου
 Ευκλείδεια Γεωμετρία - Πανελλήνιο Σχολικό Δίκτυο
 Θεωρία ομάδων και Λι αλγεβρών -Εθνικό Αρχείο Διδακτορικών Διατριβών
 Θεωρία Αριθμών και Εφαρμογές
 Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών
 Καμπυλότητες και γεωμετρία του Riemann σε διαφορίσιμες πολλαπλότητες Εθνικό Αρχείο Διδακτορικών Διατριβών

 Δείτε επίσης 
 Θεωρία αριθμών
 Αλγεβρική θεωρία αριθμών
 Φυσικός αριθμός
 Αλγεβρική θεωρία αριθμών
 Μοδιακή αριθμητική
 Θεωρία αναπαραστάσεων
 Μη ευκλείδειες γεωμετρίες
 Άρτιοι και περιττοί αριθμοί
 Ευκλείδειος χώρος
 Πυθαγόρειοι φιλόσοφοι
 Πολλαπλάσιο (μαθηματικά)
 Συνάρτηση μάζας πιθανότητας
 Κατανομή πιθανότητας
 Διακριτός μετασχηματισμός Φουριέ
 Θεμελιώδες θεώρημα αριθμητικής
 Αλγεβρική γεωμετρία
 Στατιστικός πληθυσμός
 Ευκλείδειος χώρος

 Βιβλιογραφία









 Παραπομπές 





 :en:George W. Mackey, Harmonic analysis as the exploitation of symmetry–a historical survey, Bull. Amer. Math. Soc. 3 (1980), 543–698.
 M. Bujosa, A. Bujosa and A. Garcıa-Ferrer. Mathematical Framework for Pseudo-Spectra of Linear Stochastic Difference Equations, IEEE Transactions on Signal Processing vol. 63 (2015), 6498–6509.

.

 Πηγές 








Κατηγορία:Στοιχειώδη μαθηματικά 
Κατηγορία:Μαθηματική ανάλυση 
Κατηγορία:Περιοχές των μαθηματικών 
Κατηγορία:Θεωρία αριθμών 
Κατηγορία:Μετρική γεωμετρία