2024年考研数二第22题解析:线性方程组、正交变换

第 (2) 问

f(x1,x2,x3) = xTBAx 可知,二次型 f 对应的二次型矩阵为 BA, 且,由第 (1) 问的计算结果可知:

BA=(111122)(011101)=(112112224)

若令 C=BA, 则求得特征值为:

|λEC|=|λ1121λ1222λ4|=0|λλ01λ1222λ4|=0|λ001λ2224λ4|=0λ(λ2)(λ4)8λ=0{λ1=λ2=0λ3=6

*当 λ1 = λ2 = 0 时, (0EC)x = Cx = 0 Cx = 0, 即:

(112112224)x=0(112000000)x=0

得基础解系为:

η1=(110),η2=(111)

一般情况下,如果我们令自由未知数分别为 0, 11, 0 的话,得到的基础解系应该是 η1=(110), η2=(201), 但是这样得到的基础解系不是正交的,还需要进行正交化的操作。若令自由位置为分别为 1, 01, 1, 不仅得到的基础解系线性无关,而且是正交的,无需进行正交化。

**当 λ3 = 6 时, (6EC)x = 0, 即:

((600060006)(112112224))x=0(512152222)x=0(152021000)x=0

得基础解系为:

η3=(112)

又由于:

{η1η2=0η1η3=0η2η3=0

于是可知,η1, η2, η3 两两正交。

接着,将 η1, η2, η3 单位化:

γ1=η1|η1|=12(110)

γ2=η2|η2|=13(111)

γ3=η3|η3|=16(112)

故正交矩阵为:

Q=(γ1,γ2,γ3)=(12131612131601326)

此时二次型经正交变换 x=Qy 可化为标准形为:

f=0y12+0y22+6y32=6y32


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