求把二次型f(x1,x2,x3)=2x1^2+9x2^2+3x3^2+8x1x2-4x1x3-10x2x3化为

g(y1,y2,y3)=2y1^2+3y2^2+6y3^2-4y1y2-4y1y3+8y2y3的可逆线性替换
2024-12-26 02:32:26
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回答1:

设 f 的系数矩阵
A = [2 8 -4]
[0 9 -10]
[0 0 3]

g 的系数矩阵
B = [2 -4 -4]
[0 3 8]
[0 0 6]

设 T(x) 表示 x 的转置
x = T([x1, x2, x3])
y = T([y1, y2, y3])

则该问题目的则是求 y = Px 的变换矩阵 P

因为 T(x)*A*x = 0;
T(y)*B*y = g; ==> T(x)*T(P)*B*P*x = 0

则 T(P)*B*P = A,求 P
将 A,B分别相似对角化为 归一化后的相似对角阵 L,注意,两种情况下 L一定 相同

T(Q)*A*Q = L 。。。。。(1)
T(Q)*T(P)*B*P*Q = L
T(PQ)*B*(PQ) = L 。。。。(2)
从而由 (1)(2)两式可算得 Q 与 P*Q
因而,P = (P*Q)*Q^(-1)

相似对角化过程如下:
注:lam 为特征值,E 为单位阵
对 A:| lam*E - A | = 0 可求得 lam = 2,9,3
对 B:| lam*E - B | = 0 可求得 lam = 2,3,6

所以,L1 = [2 0 0]
[0 9 0]
[0 0 3]

L2 = [2 0 0]
[0 3 0]
[0 0 6]
但是,显然A,B矩阵的特征值不同,即 A,B矩阵不相似,即不存在这样的线性变换
如果,A,B相似,则采用上述过程可求出变换矩阵