对数平均

✍ dations ◷ 2025-04-26 12:57:45 #对数平均

对数平均是一个二个非负数字的数学函数,等于两者的差除以其对数的差。其符号为:

其中 x , y {displaystyle x,y} 都是正整数。

对数平均的计算适用在有关热传及质传的工程问题上。

二个数字的对数平均小于其算术平均,大于几何平均,若二个数字相等,对数平均会等于算数平均及几何平均。

根据均值定理

若将 f {displaystyle f} 改为 ln {displaystyle ln } ,对数平均可以由 ξ {displaystyle xi } 来求得

求解 ξ {displaystyle xi }

对数平均也可以表示为指数函数以下的面积。

0 1 x 1 t y t   d t = 0 1 ( y x ) t x   d t = x 0 1 ( y x ) t d t = x ln y x ( y x ) t | t = 0 1 = x ln y x ( y x 1 ) = y x ln y ln x {displaystyle {begin{array}{rcl}int _{0}^{1}x^{1-t}y^{t} mathrm {d} t&=&int _{0}^{1}left({frac {y}{x}}right)^{t}x mathrm {d} t\&=&xint _{0}^{1}left({frac {y}{x}}right)^{t}mathrm {d} t\&=&{frac {x}{ln {frac {y}{x}}}}left({frac {y}{x}}right)^{t}|_{t=0}^{1}\&=&{frac {x}{ln {frac {y}{x}}}}left({frac {y}{x}}-1right)\&=&{frac {y-x}{ln y-ln x}}end{array}}}

面积的表示法可以推导一个有关对数平均的基本性质。因为指数函数为单调函数,长度为1区间的的积分会在 x {displaystyle x} y {displaystyle y} 之间。积分算子的齐次性转移到平均算子,因此 L ( c x , c y ) = c L ( x , y ) {displaystyle L(ccdot x,ccdot y)=ccdot L(x,y)} .

对数平均可推广到 n + 1 {displaystyle n+1} 变数,考虑对数n阶导数的均差中值定理(英语:mean value theorem (divided differences))。可以得到: L M V ( x 0 , , x n ) = ( 1 ) ( n + 1 ) n ln n {displaystyle L_{mathrm {MV} }(x_{0},dots ,x_{n})={sqrt{(-1)^{(n+1)}cdot ncdot ln}}} 其中 ln {displaystyle ln} 为对数的均差。

n = 2 {displaystyle n=2} ,会变成

积分的表示法也可以推广到多变数,但结果不同。假设单纯形 S {displaystyle S} 其中 S = { ( α 0 , , α n ) : α 0 + + α n = 1     α 0 0         α n 0 } {displaystyle S={(alpha _{0},dots ,alpha _{n}):alpha _{0}+dots +alpha _{n}=1 land alpha _{0}geq 0 land dots land alpha _{n}geq 0}} 及适当的量度 d α {displaystyle mathrm {d} alpha } 可以使单纯形得到1的体积,可得

利用指数函数的均差可以简化如下

例如 n = 2 {displaystyle n=2}

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