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lec25-二次型的标准形和规范形
用正交变换确定曲线 的类型 为两条直线。 §6.1 二次型 第六章 二次型与二次曲面 f(x) = xTAx x = Py, P可逆 实二次型 标准形 可逆线性变换 寻求可逆矩阵P, 使得 PTAP =? AT = A 实二次型 标准形 正交变换 ? 实对称阵的正交相似对角化问题 正交变换下 的标准形 f = ?1y12+ ?2y22 + … + ?nyn2 用正交变换法化实二次型为标准形,无 论在理论上还是在实际应用中都是很 重要的一种方法. 如果不要求给出变换,只想得到标准形, 用这种方法特别方便. 如果要得到变换公式利用这种方法计算 起来就比较繁,而且只适应于实二次型. 下面介绍更加简便且对所有二次型都适 用的配方法. 实二次型 标准形 可逆线性变换 三. 用配方法化实二次型为标准形 例2. 用配方法化f =4x12+3x22+3x32+2x2x3为标准形. 解: f =4x12+3x22+3x32+2x2x3 令 则 f =4y12+3y22+(8/3)y32. 可逆线性变换为x =P?1y 其中y = x =Px. 1 0 0 0 1 0 0 1/3 1 1 0 0 0 1 0 0 ?1/3 1 即x = y §6.1 二次型 第六章 二次型与二次曲面 例3. 用配方法化f =x12?3x22?2x1x2?6x2x3+2x1x3 为标准形, 并求所用的可逆线性变换. 解: f = x12?3x22?2x1x2?6x2x3+2x1x3 = [x12 ? 2x1(x2 ? x3) + (x2 ? x3)2] ? (x2 ? x3)2 ? 3x22 ? 6x2x3 = (x1?x2+x3)2 ? 4x22 ? 4x2x3 ? x32 所用的可逆线性变换为 = (x1 ? x2 + x3)2 ? (2x2 + x3)2 = y12 ? y22 其中y = x. 1 0 0 ?1 2 0 1 1 1 x = y. 1 0 0 1/2 1/2 0 ?3/2 ?1/2 1 §6.1 二次型 第六章 二次型与二次曲面 例4. 用配方法化f =2x1x2+2x1x3 –6x2x3为标准形. 并求所用的变换矩阵. 解: 先配x1. 令x1 = y1 + y2, x2 = y1 – y2, x3 = y3. 则f =2y12 – 2y22 – 4y1y3+8y2y3. 配方得f = 2(y1 – y3)2 – 2y32 – 2y22 +8y2y3 = 2(y1 – y3)2 – 2(y2 – 2y3)2 +6y32. 令z1 = y1 – y3, z2 = y2 –2y3, z3 = y3, 则f = 2z12 – 2z22 +6z32. 可逆线性变换 ?x=P1P2?1 z, 可逆线性变换 矩阵为 x = y=P1y, 1 1 0 1 ?1 0 0 0 1 z = y=P2y. 1 0 0 0 1 0 ?1 ?2 1 §6.1 二次型 第六章 二次型与二次曲面 例4. 用配方法化f =2x1x2+2x1x3 –6x2x3为标准形. 并求所用的变换矩阵. |?E–A| = (?–3)[?+ (3+ )][?+ (3? )]. 1 2 17 17 1 2 若用正交变换法化f为标准形非常麻烦. 但由此可见 f 可化为标准形 f = 3y12 ? (3+ )y22+ ( ? 3)y32. 1 2 17 17 1 2 0 1 1 1 0 ?3 1 ?3 0 , f(x1, x2, x3)的矩阵A = 分析: f = 2z12 – 2z22 +6z32. §6.1 二次型 第六章 二次型与二次曲面 得到f = 2x1x2 + 2x1x3 – 6x2x3两种不同的标准形: f = 3y12 ? (3+ )y22+ ( ? 3)y32 1 2 17 17 1 2 f = 2z12 – 2z22 +6z32 正交变换得到的实二次型的标准形: 可逆线性变换得到的实二次型的标准形: 对角线元素是实对称阵的特征值; 对角线元
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