rekenkundig en harmonisch gemiddelde in een trapezium

De vraag die we willen behandelen in deze tekst luidt:

Construeer het rekenkundig gemiddelde ( RG) en het harmonisch gemiddelde (HG) van de twee evenwijdige zijden van een trapezium.

  • Her RG is vrij eenvoudig: construeer het lijnstuk door de middens van de opstaande zijden. Volgens de stelling van Thales is |EF|=\frac{1}{2}(|AB|+|CD|)
  • Voor het harmonisch gemiddelde construeren we het lijnstuk, evenwijdig aan de evenwijdige zijden, door het snijpunt van de twee diagonalen van het trapezium.
    Uit de gelijkvormigheid van de driehoeken FDE en ADB, CEG en CAB, DEC en EAB volgt dat |FE|=|EG|. Construeer nu , door C, een evenwijdige aan AD. Noteer |AB|=a,|CD|=b en |FG|=x
    Nu is |EH|=b-\frac{1}{2}x en |HG|=x-b. De 3 concurrente rechten AC,IC en BC worden gesneden door 2 evenwijdige rechten, dus geldt volgens Thales dat \frac{|EH|}{|AI|}=\frac{|GH|}{|BI|} of \frac{b-\frac{1}{2}x}{b}=\frac{x-b}{a-b}. Hieruit volgt dat x=\frac{2ab}{a+b} en dit betekent dat |EF| het harmonisch gemiddelde is van de twee evenwijdige zijden van het trapezium.

 

Opgave 16

Voor 3 positieve getallen a,b en c  geldt:

    \[\frac{9}{2(a+b+c)}\leq \frac{1}{a+b}+\frac{1}{b+c}+\frac{1}{a+c}\leq \frac{1}{2}\Big(\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}\Big)\]

Antwoord

Ongelijkheden en gemiddelden

Neem n positieve getallen x_1,x_2,\cdots,x_n. Dan definieren we:

  • Het rekenkundige gemiddelde: RG = \dfrac{x_1+x_2+\cdots+x_n}{n}.
  • Het meetkundig gemiddelde: MG = \sqrt[n]{x_1.x_2.\cdots.x_n}.
  • Het harmonisch gemiddelde: HG = \dfrac{n}{\frac{1}{x_1}+\frac{1}{x_2}+\cdots+\frac{1}{x_n}}.
  • Het r-de machtsgemiddelde: P_r =\sqrt[r]{ \dfrac{x_1^r+x_2^r+\cdots+x_n^r}{n}}. Voor r=2 spreken we ook van het kwadratisch gemiddelde.

Als r<s, dan geldt volgende ongelijkheid:

    \[HG\leq MG\leq RG\leq P_r\leq P_s\]

De gelijkheid krijgen we als x_1=x_2=\cdots=x_n.

Voor twee positieve getallen a en b vinden we zo:

    \[\dfrac{2ab}{a+b}\leq \sqrt{ab}\leq \dfrac{a+b}{2}\leq \sqrt{\dfrac{a^2+b^2}{2}} \leq \sqrt[3]{\dfrac{a^3+b^3}{2}}\]