線性代數中,化二次型為標準型的兩種方法 正交變換 和 配方,哪種在考試中更常用呀?

時間 2021-06-02 02:59:27

1樓:我們都是小豬

在考試當中,簡答題利用正交變換化二次型為標準型的方法比較常用,配方的方法一般是用在選擇題和填空題較多,因為簡答題的分值高且正交變換的過程多因此好給分,填空題和選擇題的分值少,所以用快速的配方來做更節省時間,分值設定也更加合理。

2樓:漢han

用配方法化二次型為標準形,雖然操作起來比較簡單,但有幾個明顯的缺陷

1每次都帶著符號 , ... 來運算,寫起來非常繁瑣.

2每一次配方時都需要重新整理剩下的項,一旦沒有平方項,就需要多做一次變數替換;

3為求出最終的可逆線性替換,需要把多次替換的結果復合起來,還要求出逆向的替換.

為了克服這些缺陷,我們介紹矩陣合同變換的方法.

二次型對矩陣進行合同變換的具體做法是:取二次型的矩陣A,對矩陣

作一次初等列變換,再作一次相應的初等行變換(一次初等列變換與一次初等行變換稱為相應的,是指對應的初等矩陣互為轉置);作一次初等列變換,再作一次相應的初等行變換; 直到將A變為對角矩陣D.這時 變為可逆矩陣C.

作可逆線性替換X = CY,就可將原二次型X'AX 化為標準形Y'DY.

3樓:楊樹森

雖然線性代數非常基礎,卻也是代數學的一部分,因此要用代數的觀點理解。認識二次型不應該拿著初等技巧不放,也不應該機械地理解它的表示方法,而是充分運用線性代數的基本理論。

二次型是高維二次函式的表示方法。線性代數研究的主體是線性空間和線性對映,但是用這些方法也可以研究二次型,這是因為二次型也可以表示為矩陣,而且是對稱矩陣。此時二次型表示為

做非退化線性替換 則

因此二次型 的矩陣為 由此引入矩陣的合同。

我們知道,矩陣可以經過初等變換化成階梯型矩陣。採取類似的方法,可以將對稱矩陣經過對稱的初等變換化成對角矩陣。因為矩陣的初等變換等價於對矩陣乘對應的初等矩陣,所以這種對稱的初等變換等價於合同變換。

這是將二次型化成標準形的依據。

在沒有更多必要時,只需做這種簡單的合同變換就可以了。對於實二次型,利用特徵值理論,我們證明實對稱矩陣可以正交對角化。此過程既是相似變換,又是合同變換,是一種更高階的變換。

此變換在二次型上就體現為用正交的線性替換化成標準形。

設 是實對稱矩陣,則存在正交矩陣 使得 是對角矩陣。對前面的二次型做正交的線性替換 得到的二次型的矩陣是 正交變換是歐氏空間上特有的變換,它可以保持內積不變,可以將它看做是旋轉和鏡面反射。

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