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文档简介

1 二次型及其矩阵表示在解析几何中,我们看到,当坐标原点与中心重合时,一个有心二次曲线的一般方程是 . (1)为了便于研究这个二次曲线的几何性质,我们可以选择适当的角度,做转轴(反时针方向转轴) (2)把方程(1)化成标准方程.在二次曲面的研究中也有类似的情况. (1)的左端是一个二次齐次多项式.从代数的观点看,所谓化标准方程就是用变量的线性替换(2)化简一个二次齐次多项式,是他只含有平方项.二次齐次多项式不但在几何中出现,而且在数学的其他分支及物理、力学中也常常会碰到.这一章就是来介绍它的一些最基本的性质. 设p是一数域,一个系数在数域p中的的二次齐次多项式称为数域p上的一个n元二次型,或者,在不致引起混淆是简称二次型.例如 就是有理数域上的一个三元二次型.为了以后讨论上的方便,在(3)中,(ij)的系数写成,而不简单的写成. 和在几何中一样,在处理许多其他问题时也常常希望通过变量的线性替换来简化有关的二次型.为此,我们引入 定义 1 设是两组文字,系数在数域p中的一组关系式 (4) 称为由到的一个线性替换,或简称线性替换.如果系数行列式 ,那么线性替换(4)就成为非退化的.如果把(2)看作线性替换,那么他就是非退化的,因为 .不难看出,如果把(4)代入(3),那么得到的的多项式仍然是二次齐次的.换句话说,线性替换把二次型变成二次型.研究二次型在非退化的线性替换下的变化情况就是本章的主要目的. 在讨论二次型时,矩阵是一个有力的工具,因此我先把二次型与线性替换用矩阵来表示. 令 ij.由于 ,所以二次型(3)可以写成 = 把(5)的系数排成一个矩阵 A=, (6) 它就称为二次型(5)的矩阵.因为所以 =.我们把这样的矩阵称为对称矩阵,因此,二次型的矩阵都是对称的.令 X=.于是,二次型可以用矩阵的乘积表示出来: = =.故 应该看到,二次型(3)的矩阵A的元素,当时正是它的项的系数的一半,而是项的系数,因此二次型和它的矩阵是唯一决定的.由此还能得到,若二次型 且,则A=B. 令 C,Y.于是线性替换(4)可以写成 或者 X=CY.我们知道,经过一个退化的线性替换,二次型还是变成二次型.现在就来看一下,替换后的二次型

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