関数の値の平均
📂解析学関数の値の平均
定義
[a, b]からf(x)の平均値は区間に対して積分した後、区間の長さで割ることと同じだ。
b−a1∫abf(x)dx
導出
区間[a, b]の分割をPとしよう。
P={x1, x2, ⋯, xn}
この時、a=x1<x2<⋯<xn=bであり、各点の間の距離は等しい。そして、Δx=xi+1−xi。f(xi)の合計をnで割ってf(x)の平均値を推定しようとする。
nf(x1)+f(x2)+⋯+f(xn)
これはnが大きくなるほど、関数の値の平均に近づくということだ。分子と分母にΔxを掛けると以下のようになる。
nΔx(f(x1)+f(x2)+⋯+f(xn))Δx
nΔx=b−aなので次のようになる。
b−a(f(x1)+f(x2)+⋯+f(xn))Δx
n→∞であり、Δx→0の極限を取れば分子は∫abf(x)dxとなる。
b−a1∫abf(x)dx
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例
三角関数の一周期の平均は0だ。
コサイン関数
cos(kx)の一周期の平均を求めてみると次の通り。
∫0k2πcos(kx)dx=k1[sin(kx)]0k2π=k1(sin2π−sin0)=0
サイン関数
sin(kx)の一周期の平均を求めてみると次の通り。
∫0k2πsin(kx)dx=k−1[cos(kx)]0k2π=k−1(cos2π−cos0)=0
参考