问题
多项选择题
已知二次型
(Ⅰ)用配方法把二次型xTAx化为标准形,并写出所用坐标变换x=Cy;
(Ⅱ)计算B1=CTBC并用正交变换把B1化为对角形;
(Ⅲ)求可逆矩阵P使PTAP和PTBP同时为对角矩阵.
答案
参考答案:[解]
[*]
[*]
即经坐标变换x=Cy其中[*]
有
[*]
[*]
得矩阵BA有特征值为:AA,0,0.
解方程组(AAE-BA)x=0得矩阵BA对应于特征值λ=AA的特征向量为αA=(A,-C,A)T
解方程组(OE-BA)X一0得矩阵BA对应于特征值λ=0的特征向量为αB=(C,A,0)T,αC=(-A,0,A)T
对αB,αC正交化,有
[*]
再单位化,有
[*]
[*]
[*]
(Ⅲ)令P=CQ,则P可逆,且
PTAP=(CQ)TA(CQ)=QT(CTAC)Q=QTEQ=E
[*]
解析:[评注] 对于两个对称矩阵A和B,如果A是正定矩阵,则有CTAC=E(用配方法可求出可逆矩阵C),因为CTBC仍是对称矩阵,可用正交矩阵将其相似对角化,即Q-1(CTBC)Q=A
那么令p=CQ,则有
PTAP=QT(CTAC)Q=QTEQ=E
pTBP=Q-1(CTBC)Q=A
即可用同一个可逆矩阵把A,B同时合同对角化.