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线性代数 · 第六章 二次型与二次曲面 · 6.1 实二次型及其标准形

实二次型与标准形

实二次型可以用对称矩阵表示,经过可逆变量替换后可化为若干平方项的和。

含 n 个实变量的二次齐次多项式称为实二次型,可写为 ,其中 A 可取为对称矩阵。含交叉项时,对称矩阵的两个对应非对角元各取该交叉项系数的一半。经过可逆线性替换,二次型可化成只含平方项的标准形。

开始自测

学完要会什么

能从二次型读出对应对称矩阵,特别是把交叉项系数平均分到两个对称位置,并理解标准形为什么只剩平方项。

做题前先检查

  • 先明确题目研究的对象与符号,避免把“实二次型与标准形”和相近概念混用。
  • 需要计算时,先确认本页的核心公式或定义:矩阵形式:f(X)=XTAX,\quad A=AT。
  • 最后复核一个高频易错点:把交叉项系数直接同时填入 aij 和 aji。

先回忆,再看答案

用三个问题检查是否真的理解

1. 为什么交叉项 要让 和 都取 ?

提示:展开 时,非对角位置会出现几次。

2. 标准形与原二次型的区别是什么?

提示:关注有没有交叉项,以及变量是否已换成新坐标。

3. “可逆变量替换”为什么重要?

提示:若不同的原变量映到同一个新变量,会发生什么?

关键公式

  • 矩阵形式:
  • 标准形:
  • 交叉项系数:

常见易错点

  • 把交叉项系数直接同时填入 aij 和 aji
  • 忘记二次型不含一次项和常数项
  • 把一般可逆变换化标准形与正交变换混为一谈