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输入计算

Tip: the round-trip average speed is the 调和平均数 of the two speeds, not the arithmetic mean (v1+v2)/2. Both legs must cover the same distance. Enter both speeds in the same unit; the result comes out in that unit.

数学公式

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结果

往返平均速度 v
15
km/h(v1 与 v2 的调和平均数)
往返平均速度(调和平均数) 15 km/h
算术平均数(并非正确答案) 16 km/h

什么是往返平均速度?

当你以两种不同的恒定速度往返同一段相同距离时,整段行程的平均速度并不是两个速度的简单平均值。由于在较慢的那一段上花费的时间更多,慢速度会占据更大的权重。正确的算法是取两个速度的调和平均数。这是纯粹的匀速运动物理原理,全世界通用,与国家或地区无关。

往返示意图,显示以两种不同速度行驶相同的距离
往返行程走的是同一段距离两次,但速度各不相同。

如何使用

用相同的单位填入去程速度(v1)和返程速度(v2)——默认单位为千米每小时。计算器会以同样的单位返回往返平均速度,同时还会显示算术平均数,方便你直观对比它与正确答案之间的差距。

公式详解

设单程距离为 \(d\),则总距离为 \(2d\)。去程用时为 \(d/v_1\),返程用时为 \(d/v_2\),因此总用时为 \(d(v_1+v_2)/(v_1 \cdot v_2)\)。平均速度等于总距离除以总时间:

$$v = 2d \div \left[ \frac{d(v_1+v_2)}{v_1 \cdot v_2} \right] = \frac{2 \cdot v_1 \cdot v_2}{v_1+v_2}$$

距离 \(d\) 被约掉了,所以结果只取决于两个速度。

对比图显示两种速度的调和平均数低于算术平均数
真正的平均速度(调和平均数)总是低于简单的算术平均数。

实例演算

设 \(v_1 = 12 \text{ km/h}\),\(v_2 = 20 \text{ km/h}\):$$v = \frac{2 \times 12 \times 20}{12 + 20} = \frac{480}{32} = 15 \text{ km/h}$$如果错误地用算术平均数,会得到 \((12 + 20) \div 2 = 16 \text{ km/h}\)。

常见问题

为什么不能直接用 \((v_1+v_2)/2\)?因为距离相同就意味着用时不同——你在慢速段上耗时更久,所以它的权重更大。只有当你在每个速度上花费的时间相等时,算术平均数才会正确。

如果某个速度非常大会怎样?当其中一段的速度趋于无穷大时,平均速度会逼近较慢速度的两倍,且永远不会超过这个值。例如 \(v_2 = 20\) 时,无论 \(v_1\) 跑得多快,往返平均速度始终低于 \(40 \text{ km/h}\)。

如果某个速度为零呢?那么这一段永远走不完,公式将返回 0——你无法完成整段往返。此外,该公式要求去程和返程的距离相等;若两段距离不同,请改用「总距离 ÷ 总时间」来计算。

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