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线 性 代 数 第六章 实二次型 山西财经大学 冯晨娇 第六章 实二次型 在解析几何中,为了便于研究二次曲线 的几何性质,可以选择适当的坐标旋转变换 把方程化为标准形式 这类问题具有普遍性,在许多理论问题和实际 问题中常会遇到 , 本章将把这类问题一般化 , 讨论 (1)n个变量的二次齐次多项式的标准化问题; (2)用矩阵讨论二次型的标准化、正定性。 6.1 实二次型的基本概念及其标准形 定义6.1 6.1.1 实二次型的概念 称n个变量 的二次齐次 多项式: …… …… …… …… …… …… …… …… …… 为n元二次型, 简称为二次型。 ※ ① 当aij为实数时,称为实二次型; 当aij为复数时,称为复二次型。 本章中只讨论实二次型. 1. 实二次型定义 ② 只含有平方项的二次型 称为二次型的标准形. 例如: 是二元二次型; 是三元二次型; 不是二次型; 是四元二次型的标准形. 为了能够用矩阵来讨论二次型,在定义中, 令 ,则 …… …… …… …… 2. 实二次型的矩阵表示 提 x1 提 x2 提 xn 设 则 称 为二次型的矩阵形式. 称实对称矩阵A为二次型XTAX的矩阵; 实对称矩阵A的秩称为二次型的秩. 称二次型XTAX为实对称矩阵A的二次型; ※ (1) 二次型XTAX与实对称矩阵A之间的关系: 一一对应关系. (2) 二次型的矩阵A主对角线上的元素为二 次型平方项的系数;非主对角元为相应交叉项系数的一半。 性质1 二次型 为标准形的充分必要条件是A为对角矩阵. 证明:显然。 性质2 若二次型 其中A、B均为对称矩阵,则 ※ 若矩阵A、B不是对称矩阵,则不一定有A=B。 例1 二次型 的矩阵是: 2 3 0 例2 实对称矩阵 的二次型是: 例3 二次型 的秩为2,求 k . 解 二次型的矩阵是: 因为 -1 所以,k=3. 也可以由A的行列式为零来计算。 例4 是否为二次型? 若是,二次型的矩阵A=? 解 因为 所以, 是二次型, 其矩阵是: 一般,对n阶方阵B, ※ 为二次型, 二次型的矩阵为: 且该 证明 为对称矩阵,且 因为 为数学式子,所以, 又因为 例如, 求 的秩. 解:二次型的矩阵为 初等变换有 所以,A的秩为3, 即该二次型的秩为3。 3. 线性替换 定义2 设x1,x2, …,xn; y1,y2, …,yn是两组变量, 称为由变量 到 的线性 代换或线性替换。 记 关系式 称n阶矩阵C为线性变换矩阵. 则线性变换的等价矩阵形式为: ※ (1) 当C可逆时,称该线性变换为可逆线性变换 或非退化的(或满秩的)线性替换; (2) 当C为正交矩阵时,称该线性变换为正交线 性替换。 定理6.1 二次型f=XTAX经可逆的线性代换 X=CY代换后,仍为二次型。 证明 定理6.1 二次型f=XTAX经可逆的线性代换 X=CY代换后,仍为二次型。 证明 由矩阵A为对称矩阵知: 所以,YTBY为二次型。 在可逆的线性代换下,矩阵B与A的关系: 称为合同关系。 定义6.1 设A,B为n阶方阵,若存在可逆矩 则称矩阵A合同于B, 则A与B是合同的,即 ※ 矩阵合同关系的基本性质: 6.1.2 矩阵的合同关系 阵C,使得 记为: 或A与B合同, 易见, 二次型 A ~ B ※ 矩阵合同关系的基本性质: (1) 反身性 对任意方阵A, (2) 对称性 若 A ~ B 则 B ~ A (3) 传递性 若A ~ B,B ~ C , 则A ~ C A ~ A 1. 二次型的概念; 2.二次型的矩阵; 3. 线性代换及合同矩阵。 小结: 作业: 习题六:1,2,7题 下节课内容: 6.2 化实二次型为标准形。 练习册:一、5,6,8,9,15 二、1,2,3,6,10,12,19,20 * * * *
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