题目
设二次型 $f(x_{1}, x_{2}, x_{3})=$ $2(a_{1}x_{1} + a_{2}x_{2} + a_{3}x_{3})^{2} +$ $(b_{1}x_{1} + b_{2}x_{2} + b_{3}x_{3})^{2}$,
记 $\alpha=\begin{bmatrix}
a_{1}\\
a_{2}\\
a_{3}
\end{bmatrix}$, $\beta=\begin{bmatrix}
b_{1}\\
b_{2}\\
b_{3}
\end{bmatrix}$,
$(Ⅰ)$ 证明:二次型 $f$ 对应的矩阵为 $2\alpha \alpha ^{\top}+\beta \beta ^{\top}$
$(Ⅱ)$ 若 $\alpha$, $\beta$ 正交且均为单位向量,证明:$f$ 在正交变换下的标准形为 $2y_{1}^{2}+y_{2}^{2}$.
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