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二 次 型,第1节 二次型的概念 第2节 二次型的矩阵处理 第3节 二次型的化简 第4节 正定二次型,一 二次型的函数性质 二次型本质上是包含 n 个未知数的实二次齐次函数。 设二次型 f(x) = xTAx (AT=A) f(x) 的定义域为: Rn f(x) 的值域有如下性质: 性质1:若存在x使得 f(x)=xTAx0,则对任意给定的正数0,必存在 y,使得 f(y) = yTAy = 。 性质2:若存在 x 使得 f(x)=xTAx0,则对任意给定的负数0,必存在 y,使得 f(y) = yTAy = 。,第3节 正定二次型,性质3:二次型 f(x)=xTAx 经非退化(可逆)线性替换x=Cy化为二次型 g(y)=yTBy=yT(CTAC)y,则f(x)与g(y)的值域相同。 证明:在 f(x) 的值域中任取一数 ,则必存在 xRn,使得 f(x) = xTAx = , 则当 y = C-1x 时,有 g(y) = g(C-1x) = (C-1x)TB(C-1x) = (C-1x)T(CTAC)(C-1x) = xT(C-1)TCTACC-1x = xTAx = . 反之,在g(y) 的值域中任取一数,则必存在 y Rn,使得 g(y) = yTBy = yT(CTAC)y = . 对f(x),当 x = Cy 时,则有 f(x) = f(Cy) = (Cy)TA(Cy) = yT(CTAC)y = . 因此变换前后左右的二次型f(x)与g(y)的值域相同,即可逆的线性替换不改变二次型的值域。,二 实二次型标准形的惯性定理 定理:二次型 f=xTAx 的标准形中,系数为正的平方项的个数与系数为负的平方项的个数是惟一确定的,不因所作的非退化线性变换的不同而改变。 称标准形中系数为正的平方项的项数为二次型f的正惯性指数,系数为负的平方项的项数为负惯性指数,且称两者之差为f的符号差,两者的和等于二次型的秩。 由惯性定理,二次型的任一标准形中,正、负惯性指数是惟一确定的。 定理:若二次型 f的正、负惯性指数都不为0,则 f 的值域为(-, +);若 f 的正惯性指数0,负惯性指数=0,则f的值域为0,+); 若f的正惯性指数=0,负惯性指数0,则 f 的值域为(- ,0.,三 正定与负定二次型 定义:设有二次型 f(x)=xTAx,如果对任何 x0,都有f(x)0,则称 f 为正定二次型,并称对称阵A是正定的;反之如果对任何 x0都有f(x)0,则称f为负定二次型,并称对称阵A是负定的。 定理:若 f(x) = xTAx 为负定二次型,则二次型 f(x)=-xTAx为正定二次型。,定理:n元二次型 f(x)=xTAx 为正定的充分必要条件是 f 的正惯性指数等于n。,推论:二次型 f=xTAx为正定的充分必要条件是对称阵A的特征值全0。 推论:对称阵A为正定的充分必要条件是A的特征值全0。 定理:对称阵A为正定的充分必要条件是 A的所有顺序主子式都为正,即有 对称阵A为负定的充分必要条件是 A的奇数阶顺序主子式为负,偶数阶顺序主子式为正,即有,例:,四 半正定与半负定二次型 定义:设有二次型 f(x)=xTAx,如果对任何x,都有f(x)0,则称 f 为半正定二次型,并称对称阵A是半正定的;反之如果对任何x都有f(x)0,则称f为半负定二次型,并称A是半负定的。 定理:若 f(x) = xTAx 为半负定二次型,则二次型 -f(x)=-xTAx为半正定二次型。 定理:n元二次型 f(x)=xTAx 为半正定的充分必要条件是 f 的负惯性指数=0;反之f这半负定的充分必要条件是正惯性指数=0。,
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