算術幾何平均

算術幾何平均

算術-幾何平均是一種特殊平均,即算術平均與幾何平均的合成平均,設a0=a>b=b0>0,an=1/2(an-1+bn-1),bn=√(an-1·bn-1),則an和bn有共同的極限,這個極限稱為a,b的算術-幾何平均,一般記為AMG(a,b),這是由高斯(C.F.Gauss)命名的 。

基本介紹

算術幾何平均 算術幾何平均

算術幾何平均不等式n個正數的算術平均

算術幾何平均 算術幾何平均

不小於它們的幾何平均

算術幾何平均 算術幾何平均

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式中若且唯若時取等號 。

算術幾何平均 算術幾何平均
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算術幾何平均設a和b是兩個正數,定義數列和如下

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這裡。由算術幾何平均不等式,明顯地,.根據數學歸納法容易證明數列是遞減的,而是遞增的,等價於

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清楚地,

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進而得到

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因此,這兩個數列有共同的極限,即

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我們稱該極限為a和b的 算術-幾何平均AGM(a,b),也有一些文獻用AG(a,b)表示這個平均.。Lagrange和Gauss首先研究了這個平均,但是這個平均真正的重要性以及與橢圓積分的聯繫屬於Gauss,有時也稱這個平均為Gauss算術-幾何平均 。

相關結論

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定理 (Gauss)

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證明 作變數代換,則

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因此,

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也就是說,我們獲得。根據歸納法,並注意到是(a,b)的連續函式,我們得到,這裡m=AGM(a,b),清楚地,

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因此(2)式成立。(2)中的兩個積分稱為橢圓積分。給出AGM的運算規則(1)稱為Gauss運算規則 。

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