Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Канонический вид квадратичной формы.






     

    Определение. Однородный многочлен второй степени относительно переменных и

    не содержащий свободного члена и неизвестных в первой степени называется квадратичной формой переменных и .

    Определение. Однородный многочлен второй степени относительно переменных и

    ,

    не содержащий свободного члена и неизвестных в первой степени называется квадратичной формой переменных и .

    Рассмотрим квадратичную форму двух переменных. Квадратичная форма имеет симметрическую матрицу . Определитель этой матрицы называется определителем квадратичной формы.

    Пусть на плоскости задан ортогональный базис . Каждая точка плоскости имеет в этом базисе координаты .

    Если задана квадратичная форма , то ее можно рассматривать как функцию от переменных и .

     

    2. Приведение квадратичных форм к каноническому виду

     

    Рассмотрим некоторое линейное преобразование А с матрицей . Это симметрическое преобразование можно записать в виде:

    где и координаты вектора в базисе . Очевидно, что квадратичная форма может быть записана в виде

    Геометрический смысл числового значения квадратичной формы Ф в точке с координатами и суть скалярное произведение .

    Если взять другой ортонормированный базис на плоскости, то в нем квадратичная форма Ф будет выглядеть иначе, хотя ее числовое значение в каждой геометрической точке не изменится. Если найти такой базис, в котором квадратичная форма не будет содержать координат в первой степени, а только координаты в квадрате, то квадратичную форму можно будет привести к каноническому виду.

    Если в качестве базиса взять совокупность собственных векторов линейного преобразования, то в этом базисе матрица линейного преобразования имеет вид:

    .

    При переходе к новому базису от переменных и перейти к переменным и . Тогда:

     

    Следовательно, .

    Выражение называется каноническим видом квадратичной формы. Аналогично можно привести к каноническому виду квадратичную форму с большим числом переменных.

    Теорема. (Лагранжа). Любую квадратичную форму с помощью невырожденного линейного преобразования неизвестных можно привести к каноническому виду.

    С помощью невырожденного линейного преобразования приведем квадратичную форму к виду, в котором Все слагаемые, содержащие , соберем в одну скобку и дополним эту скобку до полного квадрата, получим

    ,

    где оставшиеся слагаемые образуют квадратичную форму от неизвестных . Невырожденное линейное преобразование неизвестных

    приводит квадратичную форму к виду

    .

    Повторив рассуждения, с учетом того, что последовательное выполнение невырожденных линейных преобразований вновь невырожденное линейное преобразование, получим утверждение теоремы.

    Пример. Приведите с помощью невырожденного линейного преобразования неизвестных к каноническому виду квадратичную форму .

    Линейное преобразование приводит квадратичную форму к виду А линейное преобразование - к виду . Найдем сквозное линейное преобразование . Так как определитель матрицы линейного преобразования

    равен – 2, то оно является невырожденным.

    Ответ: невырожденное линейное преобразование неизвестных приводит форму к каноническому виду .

    Квадратичная форма с действительными коэффициентами имеет нормальный вид, если в ее записи нет слагаемых с произведениями неизвестных, а квадраты переменных входят с коэффициентами 1 или -1 или совсем не входят. После изменения нумерации переменных нормальный вид можно переписать в виде: сначала идут коэффициенты 1, затем -1, а затем нули,

    .

     






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.