Cómo calcular la media armónica
Calcula la media armónica H = n/Σ(1/xᵢ): velocidades medias, P/E, resistencias paralelas, F1-score. Comparación con media aritmética y geométrica con ejemplos verificados.
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Cómo calcular la media armónica te permite encontrar el valor medio apropiado cuando los datos representan tasas, velocidades, frecuencias o razones. La fórmula es H = n / Σ(1/xᵢ): el número de elementos dividido por la suma de los recíprocos. La media armónica es siempre ≤ la media geométrica, que a su vez es ≤ la media aritmética (desigualdad HM-GM-AM, Cauchy 1821). Se usa para velocidades a igual distancia, ratios P/E agregados, resistencias en paralelo, F1-score en machine learning y promedio de tasas, según las guías del CSIC y el Instituto Nacional de Estadística (INE) español.
Fórmula y definición
Dadas n observaciones positivas x₁, x₂, ..., xₙ, la media armónica es: H = n / (1/x₁ + 1/x₂ + ... + 1/xₙ). Para dos valores se simplifica en H = 2x₁x₂ / (x₁ + x₂). Para la versión ponderada: H = Σwᵢ / Σ(wᵢ/xᵢ), donde wᵢ son los pesos.
Vale siempre la desigualdad HM ≤ GM ≤ AM, con igualdad solo si todos los valores son idénticos. Para dos valores 40 y 60: H = 48, G = √(40·60) = 48,99, A = 50. La diferencia HM-AM crece con la dispersión; para datos idénticos todas las medias coinciden. La derivación sigue de la teoría de medias generalizadas de Hardy-Littlewood-Pólya (1934), referencia fundamental en estadística matemática del CSIC.
Historia y contexto matemático
La media armónica fue estudiada por los Pitagóricos (siglo VI a.C.) en el contexto de las proporciones musicales: la razón 1:1/2:1/3 corresponde a las frecuencias de intervalos consonantes. Arquitas de Tarento (430-360 a.C.) la definió como la "tercera media". Cauchy (Cours d'Analyse, 1821) y Schwarz demostraron rigurosamente la desigualdad HM ≤ GM ≤ AM.
En aplicaciones modernas, el INE español la usa para indicadores sociales compuestos. La AEMET aplica medias armónicas para promediar tasas de cambio meteorológico. El F1-score en machine learning es una media armónica de precisión y recall. CSIC y CNIO la utilizan en bioestadística para tasas de diagnóstico, mientras AEMPS la aplica para promediar tasas de eficacia farmacológica.
Tabla comparación medias aritmética/geométrica/armónica
| Valores | Aritmética | Geométrica | Armónica | Diferencia AM-HM |
|---|---|---|---|---|
| 10, 10 | 10,00 | 10,00 | 10,00 | 0% |
| 40, 60 | 50,00 | 48,99 | 48,00 | 4% |
| 1, 100 | 50,50 | 10,00 | 1,98 | 96% |
| 2, 4, 8 | 4,67 | 4,00 | 3,43 | 27% |
| 5, 10, 15, 20 | 12,50 | 10,61 | 9,07 | 27% |
| 30, 50, 70, 90 | 60,00 | 56,12 | 52,03 | 13% |
5 ejemplos numéricos verificados
- Velocidad media a igual distancia: ida 60 km/h y vuelta 100 km/h en la misma ruta. Velocidad media = H(60, 100) = 75 km/h, NO 80 (error común con AM).
- Resistencias en paralelo: tres resistencias 10Ω, 20Ω, 30Ω. R_eq = 1/(1/10+1/20+1/30) = 5,455Ω. Norma UNE-EN 60063.
- P/E agregado de cartera: 3 valores con P/E 15, 25, 50. Media armónica = 22,06; aritmética = 30,00. La armónica refleja mejor el earnings yield agregado.
- F1-score machine learning: precisión 0,80 y recall 0,60. F1 = 0,686. Penaliza más que la aritmética (0,70) el valor bajo de recall.
- Tiempo medio de tareas: 4 máquinas completan en 3, 4, 5, 6 horas. Tiempo medio armónico = 4,11 horas.
Límites del modelo
- No funciona con valores cero o negativos: la división 1/0 es indefinida. Para datos mixtos usa la media aritmética.
- Sensibilidad a outliers pequeños: un valor cercano a cero domina la media. Ejemplo: H(1, 100, 100) = 2,97 vs A = 67.
- Interpretación contextual: usa HM solo cuando los datos son tasas o razones con denominador constante. Para cantidades aditivas usa AM.
Errores comunes
- Usar AM para velocidades: a distancias iguales pero tiempos diferentes, la velocidad media es armónica.
- F1-score con AM: F1 debe ser armónica para penalizar clasificadores desequilibrados.
- P/E medio de índices: índices IBEX 35, BME usan P/E agregado armónico ponderado.
- Velocidad de red: bandwidth en serie es armónica; en paralelo es suma.
- Densidades medias: para mezclas a igual volumen AM; a igual masa HM.
- Índices de productividad: tiempo medio por unidad es armónico si las unidades son iguales.
Aplicaciones prácticas numeradas
- Velocidad media viaje ida/vuelta: 100 km a 80 km/h y 100 km a 50 km/h. H = 61,5 km/h.
- Resistencias en paralelo electrónica: divisor con 100Ω, 220Ω, 470Ω: R_eq = 56,5Ω.
- F1-score modelos ML: precisión 0,75 y recall 0,90: F1 = 0,818. Estándar scikit-learn.
- P/E ratio fondos indexados: ETF con P/E 12, 18, 25, 40: P/E armónico = 19,1.
- Densidad de aleación: aleaciones a igual masa, densidad media = HM de los ρ individuales.
- Capacitores en serie: 3 capacitores 10μF, 22μF, 47μF: C_eq = 5,82μF.
- Conductividad térmica compuesta: muro perpendicular al flujo → HM. UNE-EN ISO 6946.
Para soporte técnico: info@calcoi.com.
Actualizado a julio de 2026
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