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将二次型化为规范型通常涉及以下步骤:
表示二次型 :
将二次型表示为矩阵形式,即 $f(x) = X^TAX$,其中 $X$ 是变量向量,$A$ 是系数矩阵。
求特征值和特征向量 :
计算矩阵 $A$ 的特征值 $lambda$ 和对应的特征向量 $v$。
正交变换 :
如果特征值互不相同,可以直接进行正交变换,即找到一个正交矩阵 $Q$,使得 $Q^TAQ$ 是对角矩阵。
如果特征值有重根,需要对对应的特征向量进行施密特正交化,以保证变换后的向量仍然是正交的。
将正交变换后的特征向量单位化,构成正交矩阵 $Q$。
变量替换 :
令 $X = QY$,其中 $Y$ 是新变量向量。
化规范型 :
通过上述变换,二次型 $f(x) = X^TAX$ 变为规范型 $f(Y) = Y^T(Q^TAQ)Y$,此时 $Q^TAQ$ 为对角矩阵,对角线上的元素即为二次型的规范型系数。
对于标准型中的平方项系数,如果它们不为零,则可以将它们单位化,从而得到规范型。
需要注意的是,规范型化简的过程并不唯一,因为可以通过不同的正交变换或非退化线性替换得到不同的规范型。