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Significar

La media es una cantidad que representa el "centro" de un conjunto de números y se sitúa entre los valores extremos de dicho conjunto. [ 1 ] En matemáticas , especialmente en es...

La media es una cantidad que representa el "centro" de un conjunto de números y se sitúa entre los valores extremos de dicho conjunto. [ 1 ] En matemáticas , especialmente en estadística , existen varios tipos de medias (o "medidas de tendencia central "). Cada una intenta resumir o caracterizar un grupo de datos determinado , ilustrando la magnitud y el signo del conjunto . La elección de la medida más adecuada depende de lo que se mida, así como del contexto y el propósito. [ 2 ]

La media aritmética , también conocida como "promedio aritmético", es la suma de los valores dividida por el número de valores. La media aritmética de un conjunto de números x 1 , x 2 , ..., x n se suele denotar mediante una barra superior ,incógnita¯{\displaystyle {\bar {x}}}. [ nota 1 ] Si los números provienen de la observación de una muestra de un grupo más grande , la media aritmética se denomina media muestral (incógnita¯{\displaystyle {\bar {x}}}) para distinguirlo de la media del grupo (o valor esperado ) de la distribución subyacente, denotadaμ{\displaystyle \mu }oμincógnita{\displaystyle \mu _{x}}. [ nota 2 ] [ 3 ]

Fuera del ámbito de la probabilidad y la estadística, en geometría y análisis matemático se utilizan con frecuencia diversas nociones de media ; a continuación se ofrecen algunos ejemplos.

Tipos de medios

Pitagórico significa

En matemáticas, las tres medias pitagóricas clásicas son la media aritmética (MA), la media geométrica (MG) y la media armónica (MH). Estas medias fueron estudiadas junto con las proporciones por los pitagóricos y generaciones posteriores de matemáticos griegos [ 4 ] debido a su importancia en geometría y música.

Media aritmética (MA)

La media aritmética (o simplemente media o promedio ) de una lista de números es la suma de todos los números dividida por su frecuencia. De manera similar, la media de una muestraincógnita1,incógnita2,,incógnitanorte{\displaystyle x_{1},x_{2},\ldots ,x_{n}}, generalmente denotado porincógnita¯{\displaystyle {\bar {x}}}es la suma de los valores muestreados dividida por el número de elementos en la muestra.

incógnita¯=1nortei=1norteincógnitai=incógnita1+incógnita2++incógnitanortenorte{\displaystyle {\bar {x}}={\frac {1}{n}}\sum _{i=1}^{n}{x_{i}}={\frac {x_{1}+x_{2}+\cdots +x_{n}}{n}}}

Por ejemplo, la media aritmética de cinco valores: 4, 36, 45, 50, 75 es:

4+36+45+50+755=2105=42.{\displaystyle {\frac {4+36+45+50+75}{5}}={\frac {210}{5}}=42.}

Media geométrica (MG)

La media geométrica es un promedio que resulta útil para conjuntos de números positivos, que se interpretan según su producto (como es el caso de las tasas de crecimiento) y no según su suma (como es el caso de la media aritmética): [ 1 ]

incógnita¯=(i=1norteincógnitai)1norte=(incógnita1incógnita2incógnitanorte)1norte{\displaystyle {\bar {x}}=\left(\prod _{i=1}^{n}{x_{i}}\right)^{\frac {1}{n}}=\left(x_{1}x_{2}\cdots x_{n}\right)^{\frac {1}{n}}}

Por ejemplo, la media geométrica de cinco valores: 4, 36, 45, 50, 75 es:

(4×36×45×50×75)15=243000005=30.{\displaystyle (4\times 36\times 45\times 50\times 75)^{\frac {1}{5}}={\sqrt[{5}]{24\;300\;000}}=30.}

Media armónica (MH)

La media armónica es un promedio que resulta útil para conjuntos de números que se definen en relación con alguna unidad , como en el caso de la velocidad (es decir, distancia por unidad de tiempo):

incógnita¯=norte(i=1norte1incógnitai)1{\displaystyle {\bar {x}}=n\left(\sum _{i=1}^{n}{\frac {1}{x_{i}}}\right)^{-1}}

Por ejemplo, la media armónica de los cinco valores: 4, 36, 45, 50, 75 es

514+136+145+150+175=513=15.{\displaystyle {\frac {5}{{\tfrac {1}{4}}+{\tfrac {1}{36}}+{\tfrac {1}{45}}+{\tfrac {1}{50}}+{\tfrac {1}{75}}}}={\frac {5}{\;{\tfrac {1}{3}}\;}}=15.}

Si tenemos cinco bombas que pueden vaciar un tanque de cierto tamaño en 4, 36, 45, 50 y 75 minutos respectivamente, entonces la media armónica de15{\displaystyle 15} nos dice que estas cinco bombas diferentes trabajando juntas bombearán a la misma velocidad que cinco bombas que pueden vaciar el tanque cada una en15{\displaystyle 15}minutos.

Relación entre AM, GM y HM

Demostración sin palabras de la desigualdad AM–GM : PR es el diámetro de un círculo centrado en O; su radio AO es la media aritmética de a y b . El triángulo PGR es un triángulo rectángulo según el teorema de Tales , lo que permite utilizar el teorema de la media geométrica para demostrar que su altura GQ es la media geométrica . Para cualquier razón a : b , AO GQ.

AM, GM y HM de números reales no negativos satisfacen estas desigualdades: [ 5 ]

AMETROGRAMOMETROHMETRO{\displaystyle \mathrm {AM} \geq \mathrm {GM} \geq \mathrm {HM} \,}

La igualdad se cumple si todos los elementos de la muestra dada son iguales.

Ubicación estadística

Comparación de la media aritmética , la mediana y la moda de dos distribuciones asimétricas ( log-normales ).
Visualización geométrica de la moda, la mediana y la media de una función de densidad de probabilidad arbitraria [ 6 ]

En estadística descriptiva , la media puede confundirse con la mediana , la moda o el rango medio , ya que cualquiera de ellas se denomina coloquialmente "promedio" (más formalmente, una medida de tendencia central ). La media de un conjunto de observaciones es el promedio aritmético de los valores; sin embargo, para distribuciones asimétricas , la media no es necesariamente igual al valor central (mediana) ni al valor más probable (moda). Por ejemplo, el ingreso medio suele estar sesgado al alza por un pequeño número de personas con ingresos muy altos, de modo que la mayoría tiene un ingreso inferior a la media. Por el contrario, el ingreso mediano es el nivel en el que la mitad de la población se encuentra por debajo y la otra mitad por encima. El ingreso modal es el ingreso más probable y favorece al mayor número de personas con ingresos más bajos. Si bien la mediana y la moda suelen ser medidas más intuitivas para este tipo de datos asimétricos, muchas distribuciones asimétricas se describen mejor mediante su media, incluidas las distribuciones exponencial y de Poisson .

Media de una distribución de probabilidad

La media de una distribución de probabilidad es el valor promedio aritmético a largo plazo de una variable aleatoria que tiene esa distribución. Si la variable aleatoria se denota porincógnita{\displaystyle X}, entonces la media también se conoce como el valor esperado deincógnita{\displaystyle X}(denotadomi(incógnita){\displaystyle E(X)}). Para una distribución de probabilidad discreta , la media viene dada porincógnitaPAG(incógnita){\displaystyle \textstyle \sum xP(x)}, donde la suma se toma sobre todos los valores posibles de la variable aleatoria yPAG(incógnita){\displaystyle P(x)}es la función de probabilidad de masa . Para una distribución continua , la media esincógnitaF(incógnita)dincógnita{\displaystyle \textstyle \int _{-\infty }^{\infty }xf(x)\,dx}, dóndeF(incógnita){\displaystyle f(x)}es la función de densidad de probabilidad . [ 7 ] En todos los casos, incluidos aquellos en los que la distribución no es ni discreta ni continua, la media es la integral de Lebesgue de la variable aleatoria con respecto a su medida de probabilidad . La media no tiene por qué existir o ser finita; para algunas distribuciones de probabilidad la media es infinita ( + o ), mientras que para otras la media no está definida .

Medios generalizados

Poder significa

La media generalizada, también conocida como media potencial o media de Hölder, abstrae varias otras medias. Se define para números positivos.incógnita1,,incógnitanorte{\displaystyle x_{1},\dots ,x_{n}}por [ 1 ]

METROpag(incógnita1,,incógnitanorte)=(1nortei=1norteincógnitaipag)1/pag.{\displaystyle M_{p}(x_{1},\dots ,x_{n})=\left({\frac {1}{n}}\sum _{i=1}^{n}x_{i}^{p}\right)^{1/p}.}

Esto, en función depag{\displaystyle p}, está bien definido enR{0}{\displaystyle \mathbb {R} \setminus \{0\}}pero puede extenderse continuamente aR{,+}{\displaystyle \mathbb {R} \cup \{-\infty ,+\infty \}}. [ 8 ] Al elegir diferentes valores parapag{\displaystyle p}Se recurre a otros medios bien conocidos.

Media cuasi-aritmética

Un enfoque similar a la media potencial es elF{\displaystyle f}-media, también conocida como media cuasi-aritmética. Para una función inyectivaF:IR{\displaystyle f\colon I\rightarrow \mathbb {R} }a intervalosIR{\displaystyle I\subset \mathbb {R} }y números realesincógnita1,,incógnitanorteI{\displaystyle x_{1},\dots ,x_{n}\in I}nosotros definimos suF{\displaystyle f}-significa como

METROF(incógnita1,,incógnitanorte)=F1(1nortei=1norteF(incógnitai)).{\displaystyle M_{f}(x_{1},\dots ,x_{n})=f^{-1}\left({{\frac {1}{n}}\sum _{i=1}^{n}{f\left(x_{i}\right)}}\right).}

Al elegir diferentes funcionesF{\displaystyle f}Se recurre a otros medios bien conocidos.

Media aritmética ponderada

La media aritmética ponderada (o promedio ponderado) se utiliza cuando se desea combinar valores promedio de muestras de diferentes tamaños de la misma población, y se define mediante [ 1 ].

incógnita¯=i=1nortewiincógnitaii=1nortewi,{\displaystyle {\bar {x}}={\frac {\sum _{i=1}^{n}{w_{i}x_{i}}}{\sum _{i=1}^{n}w_{i}}},}

dóndeincógnitai{\displaystyle x_{i}}ywi{\displaystyle w_{i}}son la media y el tamaño de la muestrai{\displaystyle i}respectivamente. En otras aplicaciones, representan una medida de la fiabilidad de la influencia de los valores respectivos sobre la media.

Media truncada

En ocasiones, un conjunto de números puede contener valores atípicos . A menudo, estos valores atípicos son datos erróneos causados ​​por artefactos . En este caso, se puede utilizar la media truncada . Esta consiste en descartar ciertas partes de los datos en los extremos superior e inferior, generalmente una cantidad igual en cada extremo, y luego calcular la media aritmética de los datos restantes. Un ejemplo específico de media truncada es la media intercuartil .

Media de una función

En ciertas circunstancias, los matemáticos pueden calcular la media de un conjunto infinito (o incluso incontable ) de valores. Esto puede ocurrir al calcular el valor medio.ypromedio{\displaystyle y_{\text{avg}}}de una funciónF(incógnita){\displaystyle f(x)}Intuitivamente, la media de una función puede entenderse como el cálculo del área bajo una sección de una curva, dividido luego por la longitud de dicha sección. Esto puede hacerse de forma aproximada contando cuadrados en papel cuadriculado, o de forma más precisa mediante la integración . La fórmula de integración se escribe como:

ypromedio(a,b)=1baabF(incógnita)dincógnita.{\displaystyle y_{\text{avg}}(a,b)={\frac {1}{b-a}}\int _{a}^{b}f(x)\,dx.}

En este caso, hay que tener cuidado para asegurar que la integral converja. Pero la media puede ser finita incluso si la función tiende a infinito en algunos puntos.

Media de ángulos y cantidades cíclicas

Los ángulos , las horas del día y otras cantidades cíclicas requieren aritmética modular para sumar y combinar números. Estas cantidades se pueden promediar utilizando la media circular . En todas estas situaciones, es posible que no exista una media, por ejemplo, si todos los puntos que se promedian son equidistantes. Consideremos una rueda de colores : no hay una media para el conjunto de todos los colores. Además, puede que no haya una media única para un conjunto de valores: por ejemplo, al promediar puntos en un reloj, la media de las posiciones de las 11:00 y las 13:00 es las 12:00, pero esta posición es equivalente a la de las 00:00.

Fréchet significa

La media de Fréchet proporciona un método para determinar el "centro" de una distribución de masa en una superficie o, más generalmente, en una variedad riemanniana . A diferencia de muchas otras medias, la media de Fréchet se define en un espacio cuyos elementos no necesariamente pueden sumarse ni multiplicarse por escalares.

Centro de un triángulo

En geometría, existen miles de definiciones diferentes para el centro de un triángulo que pueden interpretarse como la media de un conjunto triangular de puntos en el plano. [ 9 ]

La regla de Swanson

Esta es una aproximación a la media para una distribución moderadamente asimétrica. [ 10 ] Se utiliza en la exploración de hidrocarburos y se define como:

metro=0,3PAG10+0,4PAG50+0,3PAG90{\displaystyle m=0.3P_{10}+0.4P_{50}+0.3P_{90}}

dóndePAG10{\textstyle P_{10}},PAG50{\textstyle P_{50}}yPAG90{\textstyle P_{90}}son los percentiles 10, 50 y 90 de la distribución, respectivamente.

Otros medios

Véase también

Notas

  1. Se pronuncia " x barra".
  2. Letra griega μ , pronunciada /'mjuː/.
  3. Para esta columna utilizaremos la flecha de mapeo para denotar una función. Bajo esta notación, la funciónF{\displaystyle f}se denota porincógnitaF(incógnita){\displaystyle x\mapsto f(x)}.
  4. La media geométrica está bien definida en[0,+[{\displaystyle [0,+\infty [}, pero este enfoque no lo refleja.
  5. Parametro0{\displaystyle m\neq 0}el dominio puede serR{\displaystyle \mathbb {R} }.

Referencias

  1. 1 2 3 4 "Media | matemáticas" . Enciclopedia Británica . Consultado el 21 de agosto de 2020 .
  2. Por qué pocos estudiantes de matemáticas realmente entienden el significado de medias (video de YouTube). Math The World. 27 de agosto de 2024. Consultado el 10 de septiembre de 2024 .
  3. Underhill, LG; Bradfield d. (1998) Introstat , Juta and Company Ltd. ISBN 0-7021-3838-Xpág. 181
  4. Heath, Thomas. Historia de las matemáticas de la antigua Grecia .
  5. Djukić, Dušan; Janković, Vladimir; Matić, Ivan; Petrovic, Nikola (5 de mayo de 2011). El compendio de la OMI: una colección de problemas sugeridos para las Olimpiadas Internacionales de Matemáticas: 1959-2009 Segunda edición . Medios de ciencia y negocios de Springer. ISBN 978-1-4419-9854-5.
  6. "Repaso de Estadística AP: Curvas de Densidad y Distribuciones Normales" . Archivado del original el 2 de abril de 2015. Consultado el 16 de marzo de 2015 .
  7. Weisstein, Eric W. "Media poblacional" . mathworld.wolfram.com . Consultado el 21 de agosto de 2020 .
  8. PS Bullen: Manual de medias y sus desigualdades . Dordrecht, Países Bajos: Kluwer, 2003, págs. 176.
  9. Narboux, Julien; Braun, David (2016). "Hacia una versión certificada de la enciclopedia de centros de triángulos" (PDF) . Matemáticas en Ciencias de la Computación . 10 (1): 57– 73. doi : 10.1007/s11786-016-0254-4 . MR 3483261. Bajo la dirección de Clark Kimberling, se ha desarrollado una enciclopedia electrónica de centros de triángulos (ETC), que contiene más de 7000 centros y muchas propiedades de estos puntos . 
  10. Hurst A, Brown GC, Swanson RI (2000) Regla 30-40-30 de Swanson. Boletín de la Asociación Estadounidense de Geólogos del Petróleo 84(12) 1883-1891