산술 기하 평균 (arithmetic-geometric mean)

개요

• 주어진 두 양수 $a,b$에 대하여 다음과 같이 두 수열 \(a_n\)과 \(b_n\)을 정의하자

\[ a_0=a, b_0=b,\\ a_{n+1}=\frac{a_n+b_n}{2},b_{n+1}=\sqrt{a_nb_n} \]

• 수열 $a_n$과 $b_n$은 같은 수로 수렴하며, 이 때의 극한값 $M(a,b)$을 $a,b$의 산술 기하 평균이라 한다

$$M(a,b):=\lim_{n\to \infty}a_n=\lim_{n\to \infty}b_n$$

예

• $M(\sqrt2,1)=1.1981402347355922074\cdots$

$$ \begin{array}{ccc} {n} & a_n & b_n \\ \hline 0 & 1.4142135623730950488 & 1.0000000000000000000 \\ 1 & 1.2071067811865475244 & 1.1892071150027210667 \\ 2 & 1.1981569480946342956 & 1.1981235214931201226 \\ 3 & 1.1981402347938772091 & 1.1981402346773072058 \\ 4 & 1.1981402347355922074 & 1.1981402347355922074 \\ 5 & 1.1981402347355922074 & 1.1981402347355922074 \\ 6 & 1.1981402347355922074 & 1.1981402347355922074 \\ 7 & 1.1981402347355922074 & 1.1981402347355922074 \\ 8 & 1.1981402347355922074 & 1.1981402347355922074 \\ 9 & 1.1981402347355922074 & 1.1981402347355922074 \\ \end{array} $$

• 이 값은 렘니스케이트(lemniscate) 곡선의 길이와 타원적분에서 등장하였다

매스매티카 파일 및 계산 리소스

• https://docs.google.com/file/d/0B8XXo8Tve1cxanM5Z210VnlRc1U/edit

관련논문

• Villarino, Mark B. “The AGM Simple Pendulum.” arXiv:1202.2782 [math], February 13, 2012. http://arxiv.org/abs/1202.2782.

사전 형태의 자료

• http://en.wikipedia.org/wiki/Arithmetic-geometric_mean