幾何平均による成長率の正確な計算
成長率の平均を求める際には、幾何平均を使用します。これは複利効果を正確に反映するためで、算術平均では正しい結果が得られません。
問題設定の分析
- 1ヶ月目:+20%の成長
- 2ヶ月目:-10%の減少
- 求める値:2ヶ月間の平均成長率
- 計算方法:幾何平均
Step 1: 成長倍率の計算
成長率を倍率で表現:
- 1ヶ月目:1 + 0.20 = 1.20
- 2ヶ月目:1 - 0.10 = 0.90
Step 2: 累積成長倍率の計算
$累積倍率 = 1.20 \times 0.90 = 1.08$
つまり、2ヶ月で全体の8%成長です。
Step 3: 幾何平均の適用
2つの値の幾何平均:
$G = \sqrt{x_1 \times x_2} = \sqrt{1.20 \times 0.90} = \sqrt{1.08}$
$G = \sqrt{1.08} \approx 1.0392$
Step 4: 月次平均成長率の算出
$月次平均成長率 = 1.0392 - 1 = 0.0392 = 3.92\%$
小数第2位まで:3.92%
算術平均との比較
もし算術平均を使った場合(間違い):
$\frac{20\% + (-10\%)}{2} = \frac{10\%}{2} = 5\%$
これは実際の平均成長率3.92%と異なり、過大評価になります。
Step 5: 検証計算
月次平均成長率3.92%が正しいか確認:
$(1.0392)^2 = 1.0799 \approx 1.08 \ $
これは元の累積倍率1.08と一致します。
幾何平均の重要性
- 複利効果:成長や減少が累積的に作用する場合
- 投資收益:複数期間の平均リターン
- 人口成長:年間平均成長率
- 生産性:技術進步の平均率
幾何平均の数学的性質
- 乗積の算術平均:$G = (x_1 \times x_2 \times ... \times x_n)^{1/n}$
- 大小関係:調和平均 ≤ 幾何平均 ≤ 算術平均
- 極値への感度:小さい値により影響されやすい
- 対数変換:$\log G = \frac{1}{n}\sum \log x_i$