标准形与合同对角化

1 标准形
只含平方项的

称为二次型的标准形(Canonical form of a Quadratic),或者简称为标准形。其一定为

如下的二元二次方程中包含的以及,都是标准形:

椭圆:

双曲线:

2 合同对角化

可以通过转为标准形,比如在就介绍过一个例子:

因为标准形对应的都是,所以这个过程被称为合同对角化(Diagonalization via congruence martix):

合同对角化的方法不只一种,比如正交合同对角化,以及拉格朗日配方法。

2.1 正交合同对角化

因为都是,所以都可以通过转为标准形,这种方法又被称为正交合同对角化(Diagonalization via congruence and orthogonal martix)。

比如在就介绍过一个例子:

对应的其实是同一个曲线,只是在不同的坐标系下:

2.2 拉格朗日配方法

还可以通过拉格朗日配方法(Lagrange method to complete the square)来完成合同对角化,具体步骤为:

        (1)遇到二次型中的平方项,就把含有的项集中起来,然后配方;

        (2)遇到,且没有平方项,则进行函数换元:

上述操作会产生平方项,再回到(1)去尝试配方;

        (3)不断重复(1)、(2),直至消去所有的交叉项。

比如在就介绍过一个例子:

也对应的是同一个曲线,只是在不同的坐标系下:

2.3 对比

之所以会有两种方法,并且得到不同的,是因为二次型可以被变换到不同的下去。

比如上面两个例子中提到的二次型方程被变换到了以及

或者说可以和不同的进行

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