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正定二次型的判别

(2010-12-28 15:36:57)
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线性代数

将二次型的对称矩阵A写出来,对其1至n阶主子式的符号加以限制,取交集,得参数的取值范围。
与正定矩阵相似的对角阵的求法:对角阵的元素是A的特征值,且必须为正数,不能为零或负数,相似条件:(P-1)AP=对角阵。(矩阵的迹即主对角线元素的和)A的迹与其相似对角矩阵的迹相等,且等于特征值的和。可以通过/A-mE/=0验证。在对三次多项式分解因式的时候,先带入特殊值1、0、-1等求出一个因式,再利用多项式的除法,得出可分解因式的二次多项式,再分解因式求解。
若对称矩阵A是正定的,则A的伴随矩阵也正定:由A大于0知所有特征值大于0,A的逆的特征值与其自身的特征值互为倒数,知A的逆的特征值大于0(/A/>0所以A可逆),A的伴随矩阵=/A/乘以A的逆,其特征值为/A/除以各个特征值,于是A的伴随矩阵的特征值均大于0,故A的伴随为正定矩阵。(互逆的矩阵的行列式为倒数:P-1AP=对角阵 PP-1APP-1=P对角阵P-1 A=P对角阵P-1 /P//P-1/=1)
A是n阶正定矩阵,则/A+2E/>2的n次方,/A+E/>1:总存在正交矩阵P,使P-1AP=PTAP=对角阵,其中对角阵的元素是A的特征值,因此/A+2E/=/P对角阵P-1+P2EP-1/=/P(对角阵+2E)P-1/=/P//对角阵+2E//P-1/=/对角阵+2E/=对角阵/特征值各个元素+2/=(m1+2)+(m2+2)+...+(mn+2)>2的n次方(mi大于0)。同理可得结论2。
A为mn阶矩阵,E为n阶单位阵,B=mE+ATA,则当m>0时B为正定阵:正定必须先对称:BT=(AE+ATA)T=(mE)T+(ATA)T=mE+AT(AT)T=mE+ATA=B对称。(抽象用定义)对任意n维实向量x有:xTBx=xT(mE+ATA)x=xTmEx+xTATAx=mxT+(Ax)T(Ax)=m//x//2+//Ax//2>0,对于任意的x≠0,前部分>0,后部分≥0(很严谨,x本身的范数>0,A与x积的范数≥0),满足了正定二次型定义,∴当m>0时xTBx>0,B是正定矩阵。
A为m阶实对称矩阵,且正定,B为mn阶实矩阵,则BTAB为正定矩阵的充要条件是R(B)=n:必要性:设BTAB为正定矩阵,则对于任意n维实向量x≠0,有xT(BTAB)x>0即(Bx)TA(Bx)>0,又∵A是正定矩阵,于是Bx≠0,∴齐次方程Bx=0仅有零解,从而R(B)=n;充分性:∵(BTAB)T=BTAT(BT)T(对称),若R(B)=n,线性方程组Bx=0只有零解,从而对任意n维列向量x≠0,有Bx≠0,又A为正定矩阵,对于Bx≠0有(Bx)TA(Bx)>0,于是当Bx≠0时,xT(BTAB)x>0,故BTAB正定,由充分及必要得证。
实对称矩阵隐含条件:1、必可对角化,且可用正交变换;2、不同特征值对应的特征向量正交;3、特征值全部为实数;4、k重特征值必有k个线性无关的特征向量;5、与对角矩阵合同。
相似:1、定义:P-1AP=B,可对角化:A有n个线性无关的特征向量,R(A-mkE)=n-k,mk是A的k重特征值;A有n个不同的特征值,A是实对称矩阵;应用:An=PmnP-1 f=xTAx推出f=yTmy。
求特征值的方法注意:抽象用Ax=mx,具体用/A-mE/=0。

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