一、题目
下面的二次型中,经正交变换后得到的标准形不是 $y_{1}^{2}+3 y_{2}^{2}-y_{3}^{2}$ 的是哪个?
(A) $3 x_{2}^{2}+2 x_{1} x_{3}$
(B) $x_{1}^{2}+x_{2}^{2}+x_{3}^{2}+4 x_{1} x_{2}$
(C) $x_{1}^{2}+x_{2}^{2}+x_{3}^{2}-4 x_{1} x_{2}-4 x_{2} x_{3}$
(D) $2 x_{1}^{2}+2 x_{2}^{2}-x_{3}^{2}+2 x_{1} x_{2}$
难度评级:
二、解析
(A):
$$
\left[\begin{array}{lll}
0 & 0 & 1 \\
0 & 3 & 0 \\
1 & 0 & 0
\end{array}\right] \Rightarrow|\lambda E – A|=0 \Rightarrow
$$
$$
\left|\begin{array}{ccc}
\lambda & 0 & -1 \\
0 & \lambda-3 & 0 \\
-1 & 0 & \lambda
\end{array}\right|=0
\Rightarrow
$$
$$
\lambda^{2}(\lambda-3)-(\lambda-3)=0 \Rightarrow
$$
$$
(\lambda-3)(\lambda+1)(\lambda-1)=0 \Rightarrow
$$
$$
\lambda=3, \ -1, \ 1
$$
(B):
$$
\left[\begin{array}{lll}
1 & 2 & 0 \\
2 & 1 & 0 \\
0 & 0 & 1
\end{array}\right] \Rightarrow
$$
$$
\left|\begin{array}{ccc}
\lambda-1 & -2 & 0 \\
-2 & \lambda-1 & 0 \\
0 & 0 & \lambda-1
\end{array}\right|=0 \Rightarrow
$$
$$
(\lambda-1)^{3}-4(\lambda-1)=0 \Rightarrow
$$
$$
(\lambda-1)\left[\lambda^{2}-2 \lambda-3\right] \Rightarrow
$$
$$
(\lambda-1)(\lambda-3)(r+1)=0 \Rightarrow
$$
$$
\lambda=1, \ 3, \ -1
$$
(C):
$$
\left[\begin{array}{ccc}
1 & -2 & 0 \\
-2 & 1 & -2 \\
0 & -2 & 1
\end{array}\right] \Rightarrow
$$
$$
\left|\begin{array}{ccc}
\lambda-1 & 2 & 0 \\
2 & \lambda-1 & 2 \\
0 & 2 & \lambda-1
\end{array}\right|=0 \Rightarrow
$$
$$
(\lambda-1)^{3}-4(\lambda-1)-4(\lambda-1)=0 \Rightarrow
$$
$$
(\lambda-1)\left[(\lambda-1)^{2}-8\right]=0 \Rightarrow
$$
$$
(\lambda-1)\left(\lambda^{2}-2 \lambda-7\right) \neq
(\lambda-1)(\lambda+1)(\lambda-3)
$$
(D):
$$
\left[\begin{array}{ccc}
2 & 1 & 0 \\
1 & 2 & 0 \\
0 & 0 & -1
\end{array}\right] \Rightarrow
$$
$$
\left|\begin{array}{ccc}
\lambda-2 & -1 & 0 \\
-1 & \lambda-2 & 0 \\
0 & 0 & \lambda+1
\end{array}\right|=0 \Rightarrow
$$
$$
(\lambda+1)(\lambda-2)^{2}-(\lambda+1)=0 \Rightarrow
$$
$$
(\lambda+1)\left(\lambda^{2}-4 \lambda+3\right)=0 \Rightarrow
$$
$$
(\lambda+1)(\lambda-3)(\lambda-1)=0 \Rightarrow
$$
$$
\lambda = -1, \ 3, \ 1
$$
综上可知,(C) 选项符合题意。
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