二次型定义

article/2025/10/2 21:45:44

二次型用矩阵表达式表示

x_{1}^{2}+2x_{1}x_{2}+x_{2}^{2}-x_{2}x_{3}+2x_{3}^{2}-2x_{1}x_{3}

1 平方项的系数直接做成主对角元素

2. 交叉项的系数除以2,放到两个对称的相应位置上。

x_{1}^{2},x_{2}^{2}  ,x^{2}_{3}的平方项系数为 1 ,1 ,2放在对角线上,如下图红色部分;

交叉项部分 2x_{1}x_{2}  , 2/2放在第一行第二例,即第二行第一例;

-x_{2}x_{3}  将-1/2放在第二行第三列,和第三行第二列;

-2x_{1}x_{3}将-2/2放在第一行第三列,和第三行一第列;

  -x_{2}x_{3},  -2x_{1}x_{3}

\begin{pmatrix} {\color{Red} 1} &1 & -1\\ 1& {\color{Red} 1} &-\frac{1}{2} \\ -1 & -\frac{1}{2} &{\color{Red} 2} \end{pmatrix}

(x_{1},x_{2},x_{3})\begin{pmatrix} {\color{Red} 1} &1 & -1\\ 1& {\color{Red} 1} &-\frac{1}{2} \\ -1 & -\frac{1}{2} &{\color{Red} 2} \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x_{1}\\ x_{2}\\ x_{3} \end{pmatrix}

记作 X^{T}AX,A就叫二次型的矩阵。

二次型的矩阵一点是对称的。

A^{T}=A

转置性质:

只有平方项,叫做标准项;

d_{1}y^{2}+d_{2}y^{2}+d_{3}y^{2}

线性替换   X=CY

f(x)=X^{T}AX\Rightarrowf(x)=(CY)^{T}ACY=Y^{T}C^{T}ACY

矩阵A对称则A=A^{T}

B^{T}=(C^{T}AC)^{T}=C^{T}A^{T}(C^{T})^{T}=C^{T}AC=B

合同:A,B是两个n阶的方阵,如果存 在可逆矩阵C,使得C^{T}AC=B,就叫两个矩阵合同;

1) A\simeq A;(A和它自己合同)

E^{T}AE=A

2)如果A\simeq B,那么B\simeq A;

3) A\simeq B,B\simeq C\Rightarrow A\simeq C

4)A\simeq B  那么r(A)=r(b);

5)如果 A\simeq BA^{T}=A,那么B^{T}=B(A对称,那么B也对称)

6)如果 A\simeq B,如果 A,B可逆,那么A^{-}\simeq B^{-}

7) 如果A\simeq B,那么A^{T}\simeq B^{T}


二次型化标准型(初等变换,正交替换)

任意一个可逆矩阵,都可以表现成一个初等矩阵的乘积

C=EP_{1}P_{2}P_{3}......P_{S}

C^{T}AC=\Lambda

(P_{1}P_{2}P_{3}......P_{S})^{T}AP_{1}P_{2}P_{3}......P_{S}=\Lambda

P_{S}^{T}......P_{3}^{T}P_{2}^{T}P_{1}^{T}AP_{1}P_{2}P_{3}......P_{S}=\Lambda

左乘行变换,右乘列变换;

1)对A,E做同样的初等列变换;

2)只对A做初等行变换;

通过例子来说明

A=\begin{pmatrix} 1 &1 &1 \\ 1 & 2 &2 \\ 1 &2 & 1 \end{pmatrix}

解 :\binom{A}{E}=\begin{pmatrix} 1 & 1& 1\\ 1 & 2 &2 \\ 1&2 &1 \\ 1 &0 &0 \\ 0&1 & 0\\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}第一列*-1加到第二列

=\begin{pmatrix} 1 & 0& 1\\ 1 & 1 &1 \\ 1&1 &1 \\ 1 &-1 &0 \\ 0&1 & 0\\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}马上做行变换,第一行*-1加到第二行上

=\begin{pmatrix} 1 & 0& 1\\ 0 & 1 &1 \\ 1&1 &1 \\ 1 &-1 &0 \\ 0&1 & 0\\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}第一列*-1,加到第 三行上

=\begin{pmatrix} 1 & 0& 0\\ 0 & 1 &1 \\ 1&1 &0 \\ 1 &-1 &-1 \\ 0&1 & 0\\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}马上做行变换,第一行*-1加到第三行上

=\begin{pmatrix} 1 & 0& 0\\ 0 & 1 &1\\ 0&1 &0 \\ 1 &-1 &-1 \\ 0&1 & 0\\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}第二列*-1,加到第 三例上

=\begin{pmatrix} 1 & 0& 0\\ 0 & 1 &0 \\ 0&1 &-1 \\ 1 &-1 &0 \\ 0&1 & -1\\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}马上做行变换,第二行*-1,加到第三行

=\begin{pmatrix} 1 & 0& 0\\ 0 & 1 &0 \\ 0&0 &-1 \\ 1 &-1 &0 \\ 0&1 & -1\\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}

上三行,则是

\Lambda =\begin{pmatrix} 1 &0 &0 \\ 0& 1 &0 \\ 0&0 &-1 \end{pmatrix}

下三行

\Lambda =\begin{pmatrix} 1 &-1 &0 \\ 1& -1 &0 \\ 0&0 &1 \end{pmatrix}

有定性

有定性的判别:

1)正定二次型经过线性替换,仍是正定。

f(x)=X^{T}AX正定,A\simeq E


http://chatgpt.dhexx.cn/article/4mrDEqyU.shtml

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