如何理解二次型?

二次型就是通过矩阵研究二次函数。

通过矩阵来研究二次函数(方程),这就是线性代数中二次型的重点。

1 二次函数(方程)的特点
1.1 二次函数

最简单的一元二次函数就是:

给它增加一次项不会改变形状:

增加常数项就更不用说了,更不会改变形状。

1.2 二次方程

下面是一个二元二次方程:

给它增加一次项也不会改变形状,只是看上去有些伸缩:

1.3 小结

对于二次函数或者二次方程,二次部分是主要部分,往往研究二次这部分就够了。

2 通过矩阵来研究二次方程

因为二次函数(方程)的二次部分最重要,为了方便研究,我们把含有个变量的二次齐次函数:

或者二次齐次方程称为二次型。

2.1 二次型矩阵

实际上我们可以通过矩阵来表示二次型:

更一般的:

可以写成更线代的形式:

所以有下面一一对应的关系:

在线代里面,就是通过一个对称矩阵,去研究某个二次型。

2.2 通过矩阵来研究有什么好处
2.2.1 圆锥曲线

我们来看下,这是一个圆:

我们来看改变一下二次型矩阵:

哈,原来椭圆和圆之间是线性关系呐(通过矩阵变换就可以从圆变为椭圆)。

继续:

咦,双曲线和圆之间也是线性关系(准确的说是仿射的)。

其实圆、椭圆、双曲线之间关系很紧密的,统称为圆锥曲线,都是圆锥体和平面的交线: