Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные...

249
Министерство образования и науки РФ Уральский государственный экономический университет Ю. Б. Мельников Билинейные и квадратич- ные формы Раздел электронного учебника для сопровождения практического занятия Изд. 4-е, испр. и доп. Екатеринбург 2012 e-mail: [email protected] , [email protected] сайты: http://melnikov.k66.ru , http://melnikov.web.ur.ru

Upload: others

Post on 28-Jun-2020

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Министерство образования и науки РФУральский государственный экономический университет

Ю. Б. Мельников

Билинейные и квадратич-ные формыРаздел электронного учебникадля сопровождения практического занятия

Изд. 4-е, испр. и доп.

Екатеринбург2012

e-mail: [email protected],[email protected]

сайты:http://melnikov.k66.ru,http://melnikov.web.ur.ru

1

Page 2: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1 задания билинейной формы многочленом откоординат 5

Пример 2 матрицы квадратичной формы 20

Пример 3 приведения квадратичной формы к канониче-скому виду методом Лагранжа 34

Пример 4 приведения квадратичной формы к канониче-скому виду методом Лагранжа 50

Пример 5 приведения квадратичной формы к канониче-скому виду ортогональным преобразованием 73

Пример 6 приведения квадратичной формы к канониче-

2

Page 3: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

скому виду ортогональным преобразованием 100

Пример 7 проверки положительной определенности 118

Пример 8 проверки положительной определенности 130

Задачи для самостоятельного решения 149

Порождение квадратичной формы симметричнойбилинейной формой 149

Задача I.1 150

Приведение квадратичной формы к каноническомувиду методом Лагранжа 150

Задача II.2 151

3

Page 4: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача II.3 152

Задача II.4 153

Задача II.5 154

Приведение уравнений линий и поверхностей вто-рого порядка к каноническому виду с помощью ор-тогонального преобразования 154

Задача III.6 155

Задача III.7 156

Задача III.8 157

Ответы и решения 158

4

Page 5: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение.

5

Page 6: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение. Введем естественный базис:

Б =

{(1 0

0 0

),

(0 1

1 0

),

(0 0

0 1

)}.

6

Page 7: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение. Введем естественный базис:

Б =

{(1 0

0 0

),

(0 1

1 0

),

(0 0

0 1

)}.

f11 = f

((1 0

0 0

),

(1 0

0 0

))=

7

Page 8: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение. Введем естественный базис:

Б =

{(1 0

0 0

),

(0 1

1 0

),

(0 0

0 1

)}.

f11 = f

((1 0

0 0

),

(1 0

0 0

))=

= (1 1) ·(

1 0

0 0

)·(

1 2

2 4

)·(

1 0

0 0

)·(

1

1

)= 1.

8

Page 9: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение. Введем естественный базис:

Б =

{(1 0

0 0

),

(0 1

1 0

),

(0 0

0 1

)}.

Продолжая в том же духе, получаем

9

Page 10: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение. Введем естественный базис:

Б =

{(1 0

0 0

),

(0 1

1 0

),

(0 0

0 1

)}.

Продолжая в том же духе, получаем

FБ =

1 3 2

3 9 6

2 6 4

,

10

Page 11: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение. Введем естественный базис:

Б =

{(1 0

0 0

),

(0 1

1 0

),

(0 0

0 1

)}.

Продолжая в том же духе, получаем

FБ =

1 3 2

3 9 6

2 6 4

, f (X, Y ) = [X ]tБ

1 3 2

3 9 6

2 6 4

[Y ]Б.

11

Page 12: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение. Введем естественный базис:

Б =

{(1 0

0 0

),

(0 1

1 0

),

(0 0

0 1

)}.

Продолжая в том же духе, получаем

FБ =

1 3 2

3 9 6

2 6 4

, f

((a b

b c

)(p q

q r

))=

12

Page 13: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение. Введем естественный базис:

Б =

{(1 0

0 0

),

(0 1

1 0

),

(0 0

0 1

)}.

Продолжая в том же духе, получаем

FБ =

1 3 2

3 9 6

2 6 4

, f

((a b

b c

)(p q

q r

))=

= 1 · a · p + 3 · a · q + 2 · a · r + 3 · b · p + 9 · b · q + 6 · b · r++2 · c · p + 6 · c · q + 4 · c · r.

13

Page 14: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение. Введем естественный базис:

Б =

{(1 0

0 0

),

(0 1

1 0

),

(0 0

0 1

)}, f (X, Y ) = [X ]tБ

1 3 2

3 9 6

2 6 4

[Y ]Б.

Проверим, например,[(3 −1

−1 2

)]Б

1 3 2

3 9 6

2 6 4

[( 0 3

3 1

)]Б

=

14

Page 15: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение. Введем естественный базис:

Б =

{(1 0

0 0

),

(0 1

1 0

),

(0 0

0 1

)}, f (X, Y ) = [X ]tБ

1 3 2

3 9 6

2 6 4

[Y ]Б.

Проверим, например,

=(

3 −1 2) 1 3 2

3 9 6

2 6 4

0

3

1

=

15

Page 16: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение. Введем естественный базис:

Б =

{(1 0

0 0

),

(0 1

1 0

),

(0 0

0 1

)}, f (X, Y ) = [X ]tБ

1 3 2

3 9 6

2 6 4

[Y ]Б.

Проверим, например,

=(

3 −1 2) 1 3 2

3 9 6

2 6 4

0

3

1

= 44.

16

Page 17: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение. Введем естественный базис:

Б =

{(1 0

0 0

),

(0 1

1 0

),

(0 0

0 1

)}, f (X, Y ) = [X ]tБ

1 3 2

3 9 6

2 6 4

[Y ]Б.

Проверим, например,

f

((3 −1

−1 2

),

(0 3

3 1

))=

17

Page 18: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение. Введем естественный базис:

Б =

{(1 0

0 0

),

(0 1

1 0

),

(0 0

0 1

)}, f (X, Y ) = [X ]tБ

1 3 2

3 9 6

2 6 4

[Y ]Б.

Проверим, например,

= (1 1) ·(

3 −1

−1 2

)·(

1 2

2 4

)·(

0 3

3 1

)·(

1

1

)=

18

Page 19: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 1. Задать многочленом билинейную форму, заданную налинейном пространстве симметричных матриц размерности 2× 2

формулой

f (X, Y ) = (1 1) ·X ·(

1 2

2 4

)· Y ·

(1

1

).

Решение. Введем естественный базис:

Б =

{(1 0

0 0

),

(0 1

1 0

),

(0 0

0 1

)}, f (X, Y ) = [X ]tБ

1 3 2

3 9 6

2 6 4

[Y ]Б.

Проверим, например,

= (1 1) ·(

3 −1

−1 2

)·(

1 2

2 4

)·(

0 3

3 1

)·(

1

1

)= 44.

Вернемся к лекции?

19

Page 20: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 2. Задайте квадратичную форму

5x2 − y2 − 4z2 − 6xy + xz + 3yz

с помощью матрицы квадратичной формы.

Решение.

5x2−y2−4z2−6xy+xz+3yz = (x y z)

x

y

z

.

20

Page 21: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 2. Задайте квадратичную форму

5x2 − y2 − 4z2 − 6xy + xz + 3yz

с помощью матрицы квадратичной формы.

Решение.

5x2−y2−4z2−6xy+xz+3yz = (x y z)

x

y

z

.

21

Page 22: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 2. Задайте квадратичную форму

5x2 − y2 − 4z2 − 6xy + xz + 3yz

с помощью матрицы квадратичной формы.

Решение.

5x2−y2−4z2−6xy+xz+3yz = (x y z)

5 x

y

z

.

22

Page 23: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 2. Задайте квадратичную форму

5x2 − y2 − 4z2 − 6xy + xz + 3yz

с помощью матрицы квадратичной формы.

Решение.

5x2−y2−4z2−6xy+xz+3yz = (x y z)

5 x

y

z

.

23

Page 24: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 2. Задайте квадратичную форму

5x2 − y2 − 4z2 − 6xy + xz + 3yz

с помощью матрицы квадратичной формы.

Решение.

5x2−y2−4z2−6xy+xz+3yz = (x y z)

5

−1

x

y

z

.

24

Page 25: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 2. Задайте квадратичную форму

5x2 − y2 − 4z2 − 6xy + xz + 3yz

с помощью матрицы квадратичной формы.

Решение.

5x2−y2−4z2−6xy+xz+3yz = (x y z)

5

−1

x

y

z

.

25

Page 26: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 2. Задайте квадратичную форму

5x2 − y2 − 4z2 − 6xy + xz + 3yz

с помощью матрицы квадратичной формы.

Решение.

5x2−y2−4z2−6xy+xz+3yz = (x y z)

5

−1

−4

x

y

z

.

26

Page 27: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 2. Задайте квадратичную форму

5x2 − y2 − 4z2 − 6xy + xz + 3yz

с помощью матрицы квадратичной формы.

Решение.

5x2−y2−4z2−6xy+xz+3yz = (x y z)

5

−1

−4

x

y

z

.

27

Page 28: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 2. Задайте квадратичную форму

5x2 − y2 − 4z2 − 6xy + xz + 3yz

с помощью матрицы квадратичной формы.

Решение.

5x2−y2−4z2−6xy+xz+3yz = (x y z)

5 −3

−3 −1

−4

x

y

z

.

28

Page 29: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 2. Задайте квадратичную форму

5x2 − y2 − 4z2 − 6xy + xz + 3yz

с помощью матрицы квадратичной формы.

Решение.

5x2−y2−4z2−6xy+xz+3yz = (x y z)

5 −3

−3 −1

−4

x

y

z

.

29

Page 30: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 2. Задайте квадратичную форму

5x2 − y2 − 4z2 − 6xy + xz + 3yz

с помощью матрицы квадратичной формы.

Решение.

5x2−y2−4z2−6xy+xz+3yz = (x y z)

5 −3 1/2

−3 −1

1/2 −4

x

y

z

.

30

Page 31: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 2. Задайте квадратичную форму

5x2 − y2 − 4z2 − 6xy + xz + 3yz

с помощью матрицы квадратичной формы.

Решение.

5x2−y2−4z2−6xy+xz+3yz = (x y z)

5 −3 1/2

−3 −1

1/2 −4

x

y

z

.

31

Page 32: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 2. Задайте квадратичную форму

5x2 − y2 − 4z2 − 6xy + xz + 3yz

с помощью матрицы квадратичной формы.

Решение.

5x2−y2−4z2−6xy+xz+3yz = (x y z)

5 −3 1/2

−3 −1 3/2

1/2 3/2 −4

x

y

z

.

32

Page 33: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 2. Задайте квадратичную форму

5x2 − y2 − 4z2 − 6xy + xz + 3yz

с помощью матрицы квадратичной формы.

Решение.

5x2−y2−4z2−6xy+xz+3yz = (x y z)

5 −3 1/2

−3 −1 3/2

1/2 3/2 −4

x

y

z

.

Вернёмся к лекции?

33

Page 34: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

34

Page 35: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 =

35

Page 36: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 = 2(x2 + 2xy

)+ 5y2 =

36

Page 37: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 = 2(x2 + 2xy

)+ 5y2 =

(x + y)2 = x2 + 2xy + y2

37

Page 38: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 = 2(x2 + 2xy

)+ 5y2 =

= 2(x2 + 2xy +

(x + y)2 = x2 + 2xy + y2

38

Page 39: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 = 2(x2 + 2xy

)+ 5y2 =

= 2(x2 + 2xy + y2 − y2

)+

(x + y)2 = x2 + 2xy + y2

39

Page 40: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 = 2(x2 + 2xy

)+ 5y2 =

= 2(x2 + 2xy + y2 − y2

)+ 5y2 =

(x + y)2 = x2 + 2xy + y2

40

Page 41: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 = 2(x2 + 2xy

)+ 5y2 =

= 2(x2 + 2xy + y2 − y2) + 5y2 = 2 (x + y)2 − 2y2 + 5y2

(x + y)2 = x2 + 2xy + y2

41

Page 42: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 = 2(x2 + 2xy

)+ 5y2 =

= 2(x2 + 2xy + y2 − y2

)+ 5y2 = 2 (x + y)2 − 2y2 + 5y2 =

= 2 (x + y)2 + 3y2

42

Page 43: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 = 2(x2 + 2xy

)+ 5y2 =

= 2(x2 + 2xy + y2 − y2

)+ 5y2 = 2 (x + y)2 − 2y2 + 5y2 =

= 2 (x + y)2 + 3y2

Положим{x′ = x + y,

y′ = y,

43

Page 44: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 = 2(x2 + 2xy

)+ 5y2 =

= 2(x2 + 2xy + y2 − y2

)+ 5y2 = 2 (x + y)2 − 2y2 + 5y2 =

= 2 (x + y)2 + 3y2 = 2x′2 + 3y′2.

Положим{x′ = x + y,

y′ = y.

44

Page 45: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 = 2(x2 + 2xy

)+ 5y2 =

= 2(x2 + 2xy + y2 − y2

)+ 5y2 = 2 (x + y)2 − 2y2 + 5y2 =

= 2 (x + y)2 + 3y2 = 2x′2 + 3y′2.

Положим{x′ = x + y,

y′ = y,то есть

45

Page 46: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 = 2(x2 + 2xy

)+ 5y2 =

= 2(x2 + 2xy + y2 − y2

)+ 5y2 = 2 (x + y)2 − 2y2 + 5y2 =

= 2 (x + y)2 + 3y2 = 2x′2 + 3y′2.

Положим{x′ = x + y,

y′ = y,то есть

(x′

y′

)=

(1 1

0 1

)(x

y

).

46

Page 47: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 = 2(x2 + 2xy

)+ 5y2 =

= 2(x2 + 2xy + y2 − y2

)+ 5y2 = 2 (x + y)2 − 2y2 + 5y2 =

= 2 (x + y)2 + 3y2 = 2x′2 + 3y′2.

Положим{x′ = x + y,

y′ = y,то есть

(x′

y′

)=

(1 1

0 1

)(x

y

).

ϕ(−→x ) =

47

Page 48: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 = 2(x2 + 2xy

)+ 5y2 =

= 2(x2 + 2xy + y2 − y2

)+ 5y2 = 2 (x + y)2 − 2y2 + 5y2 =

= 2 (x + y)2 + 3y2 = 2x′2 + 3y′2.

Положим{x′ = x + y,

y′ = y,то есть

(x′

y′

)=

(1 1

0 1

)(x

y

).

ϕ(−→x ) =(x y

)( 2 2

2 5

)(x

y

)=

48

Page 49: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение. 2x2 + 4xy + 5y2 = 2(x2 + 2xy

)+ 5y2 =

= 2(x2 + 2xy + y2 − y2

)+ 5y2 = 2 (x + y)2 − 2y2 + 5y2 =

= 2 (x + y)2 + 3y2 = 2x′2 + 3y′2.

Положим{x′ = x + y,

y′ = y,то есть

(x′

y′

)=

(1 1

0 1

)(x

y

).

ϕ(−→x ) =(x y

)( 2 2

2 5

)(x

y

)=(x′ y′

)( 2 0

0 3

)(x′

y′

).

Вернемся к лекции или рассмотрим еще один пример?

49

Page 50: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

50

Page 51: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. Определим количество переменных, участвующих в«смешанных» слагаемых с ненулевыми коэффициентами.

51

Page 52: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. Определим количество переменных, участвующих в«смешанных» слагаемых с ненулевыми коэффициентами.Если переменных более двух, то выберем одну из них.

52

Page 53: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. Определим количество переменных, участвующих в«смешанных» слагаемых с ненулевыми коэффициентами.Если переменных более двух, то выберем одну из них.Выделим полный квадрат путем включения в него всех слагаемых,

имеющих общей выбранную переменную.

53

Page 54: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz =

(x + ay + bz)2 = x2 + 2axy + 2bxz + a2y2 + 2abyz + b2z2

54

Page 55: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz =(x2 + 4xy − 4xz

)+ y2 + z2 + 4yz =

(x + ay + bz)2 = x2 + 2axy︸︷︷︸2·2xy

+ 2bxz︸︷︷︸2·(−2)xz

+a2y2 + 2abyz + b2z2

55

Page 56: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz =(x2 + 4xy − 4xz

)+ y2 + z2 + 4yz =

=((x + 2y − 2z)2−4y2 − 4z2 + 8yz

)+ y2 + z2 + 4yz =

(x + ay + bz)2 = x2 + 2axy + 2bxz+a2y2 + 2abyz + b2z2

56

Page 57: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz =(x2 + 4xy − 4xz

)+ y2 + z2 + 4yz =

=((x + 2y − 2z)2 − 4y2 − 4z2 + 8yz

)+ y2 + z2 + 4yz =

= (x + 2y − 2z)2 − 3y2 − 3z2 + 12yz.

57

Page 58: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz =

= (x + 2y − 2z)2−3y2−3z2+12yz =

Теперь избавимся от «смешанного слагаемого» 12yz, выделив все сла-гаемые, содержащие, например, y, в полный квадрат:

58

Page 59: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz =

= (x + 2y − 2z)2−3y2−3z2+12yz =

59

Page 60: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz =

= (x + 2y − 2z)2−3y2−3z2+12yz = (x + 2y − 2z)2−3(y2 − 4yz

)−3z2 =

60

Page 61: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz =

= (x + 2y − 2z)2−3y2−3z2+12yz = (x + 2y − 2z)2−3(y2 − 4yz

)−3z2 =

= (x + 2y − 2z)2 − 3((y − 2z)2 − 4z2

)− 3z2 =

61

Page 62: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz =

= (x + 2y − 2z)2−3y2−3z2+12yz = (x + 2y − 2z)2−3(y2 − 4yz

)−3z2 =

= (x + 2y − 2z)2 − 3((y − 2z)2 − 4z2

)− 3z2 =

= (x + 2y − 2z)2 − 3 (y − 2z)2 + 9z2.

62

Page 63: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz =

= (x + 2y − 2z)2 − 3 (y − 2z)2 + 9z2.

Таким образом,

63

Page 64: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz =

= (x + 2y − 2z)2 − 3 (y − 2z)2 + 9z2.

Таким образом,x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = x′2 − 3y′2 + 9z′2,

64

Page 65: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. Таким образом,x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = x′2 − 3y′2 + 9z′2,

где

x′ = x + 2y − 2z,

y′ = y − 2z,

z′ = z.

65

Page 66: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. Таким образом,x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = x′2 − 3y′2 + 9z′2,

где

x′ = x + 2y − 2z,

y′ = y − 2z,

z′ = z.При преобразовании методом Лагранжа обычно добиваются того,

чтобы коэффициенты перед всеми слагаемыми были по модулю рав-ны 1 или 0.

66

Page 67: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. Таким образом,x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = x′2 − 3y′2 + 9z′2,

где

x′ = x + 2y − 2z,

y′ = y − 2z,

z′ = z.Поэтому можно записать, что

x2+y2+z2+4xy+4yz−4xz = x′′2−y′′2+z′′2, где

67

Page 68: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. Таким образом,x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = x′2 − 3y′2 + 9z′2,

где

x′ = x + 2y − 2z,

y′ = y − 2z,

z′ = z.Поэтому можно записать, что

x2+y2+z2+4xy+4yz−4xz = x′′2−y′′2+z′′2, где

x′′ = x + 2y − 2z,

y′′ =√

3(y − 2z),

z′′ = 3z.

68

Page 69: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = x′′2 − y′′2 + z′′2,x′′ = x + 2y − 2z,

y′′ =√

3(y − 2z),

z′′ = 3z.

т.е.

69

Page 70: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = x′′2 − y′′2 + z′′2,x′′ = x + 2y − 2z,

y′′ =√

3(y − 2z),

z′′ = 3z.

т.е.

x′′

y′′

z′′

=

1 2 −2

0√

3 −2√

3

0 0 3

x

y

z

,

70

Page 71: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = x′′2 − y′′2 + z′′2,x′′ = x + 2y − 2z,

y′′ =√

3(y − 2z),

z′′ = 3z.

т.е.

x′′

y′′

z′′

=

1 2 −2

0√

3 −2√

3

0 0 3

x

y

z

,

откуда

x

y

z

=

71

Page 72: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому видуквадратичную форму x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение. x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = x′′2 − y′′2 + z′′2,x′′ = x + 2y − 2z,

y′′ =√

3(y − 2z),

z′′ = 3z.

т.е.

x′′

y′′

z′′

=

1 2 −2

0√

3 −2√

3

0 0 3

x

y

z

,

откуда

x

y

z

=

1 0 0

−2√

33

√3

3 0

−23

23

13

t x′′

y′′

z′′

.

Вернемся к лекции?

72

Page 73: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

73

Page 74: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

( )(x

y

).

74

Page 75: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2

)(x

y

).

75

Page 76: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2

)(x

y

).

76

Page 77: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

77

Page 78: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Найдем собственные значения соответствующего линейного операто-ра:

78

Page 79: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Найдем собственные значения соответствующего линейного операто-ра: ∣∣∣∣ 2− λ 2

2 5− λ

∣∣∣∣ =

79

Page 80: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Найдем собственные значения соответствующего линейного операто-ра: ∣∣∣∣ 2− λ 2

2 5− λ

∣∣∣∣ = λ2 − 7λ + 6 =

80

Page 81: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Найдем собственные значения соответствующего линейного операто-ра: ∣∣∣∣ 2− λ 2

2 5− λ

∣∣∣∣ = λ2 − 7λ + 6 = (λ− 1)(λ− 6).

81

Page 82: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Собственные значения соответствующего линейного оператора рав-ны 1 и 6. ∣∣∣∣ 2− λ 2

2 5− λ

∣∣∣∣ = λ2 − 7λ + 6 = (λ− 1)(λ− 6).

82

Page 83: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Собственные значения соответствующего линейного оператора рав-ны 1 и 6.Найдем собственные векторы x′

−→i + y′

−→j , отвечающие собственному

значению 1:

83

Page 84: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Собственные значения соответствующего линейного оператора рав-ны 1 и 6.Найдем собственные векторы x′

−→i + y′

−→j , отвечающие собственному

значению 1:(1 2

2 4

)(x′

y′

)=

(0

0

)⇒

84

Page 85: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Собственные значения соответствующего линейного оператора рав-ны 1 и 6.Найдем собственные векторы x′

−→i + y′

−→j , отвечающие собственному

значению 1:(1 2

2 4

)(x′

y′

)=

(0

0

)⇒(x′

y′

)= C

(−2

1

).

85

Page 86: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Собственному значению 1 отвечают векторы вида C(−2−→i +−→j).

Найдем собственные векторы x′′−→i + y′′

−→j , отвечающие собственному

значению 6:

86

Page 87: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Собственному значению 1 отвечают векторы вида C(−2−→i +−→j).

Найдем собственные векторы x′′−→i + y′′

−→j , отвечающие собственному

значению 6:(−4 2

2 −2

)(x′′

y′′

)=

(0

0

)⇒

87

Page 88: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Собственному значению 1 отвечают векторы вида C(−2−→i +−→j).

Найдем собственные векторы x′′−→i + y′′

−→j , отвечающие собственному

значению 6:(−4 2

2 −2

)(x′′

y′′

)=

(0

0

)⇒(x′′

y′′

)= C

(1

2

).

88

Page 89: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Собственному значению 1 отвечают векторы вида C(−2−→i +−→j),

собственному значению 6 отвечают векторы вида C(−→

i + 2−→j).(

−4 2

2 −2

)(x′′

y′′

)=

(0

0

)⇒(x′′

y′′

)= C

(1

2

).

89

Page 90: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Собственному значению 1 отвечают векторы вида C(−2−→i +−→j),

собственному значению 6 отвечают векторы вида C(−→

i + 2−→j).

Полученные векторы взаимно перпендикулярны. Для того, чтобыосуществить переход от ОНБ

{−→i ,−→j}к ОНБ из собственных векто-

ров оператора с данной матрицей, остается нормировать полученныесобственные векторы.

90

Page 91: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Собственному значению 1 отвечают векторы вида C(−2−→i + 1

−→j),

собственному значению 6 отвечают векторы вида C(−→

i + 2−→j).

T =

( ).

91

Page 92: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Собственному значению 1 отвечают векторы вида C(−2−→i + 1

−→j),

собственному значению 6 отвечают векторы вида C(−→

i + 2−→j).

T =

(−2/√

5

1/√

5

).

92

Page 93: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Собственному значению 1 отвечают векторы вида C(−2−→i +−→j),

собственному значению 6 отвечают векторы вида C(1−→i + 2

−→j).

T =

(−2/√

5

1/√

5

).

93

Page 94: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Собственному значению 1 отвечают векторы вида C(−2−→i +−→j),

собственному значению 6 отвечают векторы вида C(1−→i + 2

−→j).

T =

(−2/√

5

1/√

5

).

94

Page 95: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Собственному значению 1 отвечают векторы вида C(−2−→i +−→j),

собственному значению 6 отвечают векторы вида C(1−→i + 2

−→j).

T =

(−2/√

5 1/√

5

1/√

5 2/√

5

).

95

Page 96: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Проведем замену переменных (перейдем к другому ОНБ):

T =

(−2/√

5 1/√

5

1/√

5 2/√

5

).

(x

y

)=

(−2/√

5 1/√

5

1/√

5 2/√

5

)(v

u

).

96

Page 97: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

)=

= (u v)

(−2/√

5 1/√

5

1/√

5 2/√

5

)(2 2

2 5

)(−2/√

5 1/√

5

1/√

5 2/√

5

)(u

v

)=

97

Page 98: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

)=

= (u v)

(−2/√

5 1/√

5

1/√

5 2/√

5

)(2 2

2 5

)(−2/√

5 1/√

5

1/√

5 2/√

5

)(u

v

)=

= (u v)

(1 0

0 6

)(u

v

)=

98

Page 99: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 5. Ортогональным преобразованием приведите к канони-ческому виду квадратичную форму из примера 3

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2) = 2x2 + 4xy + 5y2.

Решение.

2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

)=

= (u v)

(−2/√

5 1/√

5

1/√

5 2/√

5

)(2 2

2 5

)(−2/√

5 1/√

5

1/√

5 2/√

5

)(u

v

)=

= (u v)

(1 0

0 6

)(u

v

)= u2 + 6v2.

Вернемся к лекции или рассмотрим другой пример?

99

Page 100: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

100

Page 101: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

x

y

z

.

101

Page 102: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.

102

Page 103: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.

Найдем собственные значения:

103

Page 104: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.

Найдем собственные значения:∣∣∣∣∣∣1− λ 2 −2

2 1− λ 2

−2 2 1− λ

∣∣∣∣∣∣ =

104

Page 105: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.

Найдем собственные значения:∣∣∣∣∣∣1− λ 2 −2

2 1− λ 2

−2 2 1− λ

∣∣∣∣∣∣ = −λ3 + 3λ2 + 9λ− 27 =

105

Page 106: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.

Найдем собственные значения:∣∣∣∣∣∣1− λ 2 −2

2 1− λ 2

−2 2 1− λ

∣∣∣∣∣∣ = −λ3 + 3λ2 + 9λ− 27 = −(λ− 3)2(λ + 3).

106

Page 107: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.

Собственному значению 3 соответствует вектор

107

Page 108: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.

Собственному значению 3 соответствует векторC (e1 + e2) +D (e2 + e3),

108

Page 109: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.

Собственному значению 3 соответствует векторC (e1 + e2) +D (e2 + e3),а собственному значению (−3) — вектор

109

Page 110: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.

Собственному значению 3 соответствует векторC (e1 + e2) +D (e2 + e3),а собственному значению (−3) — вектор E (e1 − e2 + e3).Базисные векторы, отвечающие собственному значению (−3), необ-

ходимо ортогонализовать, например, методом Грама-Шмидта.

110

Page 111: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.

Собственное значение 3: (e1 + e2) и (e1 − e2 − 2e3),собственное значение (−3): (e1 − e2 + e3).

111

Page 112: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.

Собственное значение 3: (e1 + e2) и (e1 − e2 − 2e3),собственное значение (−3): (e1 − e2 + e3).

T =

1/√

2 1/√

6 1/√

3

1/√

2 −1/√

6 −1/√

3

0 −2/√

6 1/√

3

.

112

Page 113: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.

T =

1/√

2 1/√

6 1/√

3

1/√

2 −1/√

6 −1/√

3

0 −2/√

6 1/√

3

.

x

y

z

=

1/√

2 1/√

6 1/√

3

1/√

2 −1/√

6 −1/√

3

0 −2/√

6 1/√

3

u

v

w

.

113

Page 114: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

=

=

x

y

z

=

1/√

2 1/√

6 1/√

3

1/√

2 −1/√

6 −1/√

3

0 −2/√

6 1/√

3

u

v

w

.

114

Page 115: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

=

= (u v w)

3 0 0

0 3 0

0 0 −3

u

v

w

=

x

y

z

=

1/√

2 1/√

6 1/√

3

1/√

2 −1/√

6 −1/√

3

0 −2/√

6 1/√

3

u

v

w

.

115

Page 116: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

=

= (u v w)

3 0 0

0 3 0

0 0 −3

u

v

w

= 3u2 + 3v2 − 3w2.

x

y

z

=

1/√

2 1/√

6 1/√

3

1/√

2 −1/√

6 −1/√

3

0 −2/√

6 1/√

3

u

v

w

.

116

Page 117: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 6. Ортогональным преобразованием приведите к ка-ноническому виду квадратичную форму из примера 4x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz.

Решение.

x2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

=

= (u v w)

3 0 0

0 3 0

0 0 −3

u

v

w

= 3u2 + 3v2 − 3w2.

Вернемся к лекции?

117

Page 118: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 7. Доказать, что квадратичная форма

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2

)= 2x2 + 4xy + 5y2

является положительно определенной.

Решение.

118

Page 119: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 7. Доказать, что квадратичная форма

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2

)= 2x2 + 4xy + 5y2

является положительно определенной.

Решение. Можно воспользоваться представлением, полученнымранее при решении примера 3:

119

Page 120: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 7. Доказать, что квадратичная форма

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2

)= 2x2 + 4xy + 5y2

является положительно определенной.

Решение. Можно воспользоваться представлением, полученнымранее при решении примера 3:

2x2 + 4xy + 5y2 = 2 (x + y)2 + 3y2 = 2x′2 + 3y′2.

120

Page 121: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 7. Доказать, что квадратичная форма

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2

)= 2x2 + 4xy + 5y2

является положительно определенной.

Решение. Можно воспользоваться представлением, полученнымранее при решении примера 3:

2x2 + 4xy + 5y2 = 2 (x + y)2 + 3y2 = 2x′2 + 3y′2.

Сумма квадратов неотрицательна и обращается в ноль только принулевых значениях слагаемых.

121

Page 122: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 7. Доказать, что квадратичная форма

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2

)= 2x2 + 4xy + 5y2

является положительно определенной.

Решение. Можно воспользоваться представлением, полученнымранее при решении примера 3:

2x2 + 4xy + 5y2 = 2 (x + y)2 + 3y2 = 2x′2 + 3y′2.

Сумма квадратов неотрицательна и обращается в ноль только принулевых значениях слагаемых.Другой вариант решения связан с применением критерия Силь-

вестра.

122

Page 123: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 7. Доказать, что квадратичная форма

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2

)= 2x2 + 4xy + 5y2

является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-

рий Сильвестра.

123

Page 124: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 7. Доказать, что квадратичная форма

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2

)= 2x2 + 4xy + 5y2

является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-

рий Сильвестра. 2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Главные миноры:

124

Page 125: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 7. Доказать, что квадратичная форма

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2

)= 2x2 + 4xy + 5y2

является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-

рий Сильвестра. 2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Главные миноры: A1 = det(2) = 2

125

Page 126: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 7. Доказать, что квадратичная форма

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2

)= 2x2 + 4xy + 5y2

является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-

рий Сильвестра. 2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Главные миноры: A1 = det(2) = 2 > 0,

126

Page 127: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 7. Доказать, что квадратичная форма

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2

)= 2x2 + 4xy + 5y2

является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-

рий Сильвестра. 2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Главные миноры: A1 = det(2) = 2 > 0, A2 =

∣∣∣∣ 2 2

2 5

∣∣∣∣ = 6

127

Page 128: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 7. Доказать, что квадратичная форма

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2

)= 2x2 + 4xy + 5y2

является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-

рий Сильвестра. 2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Главные миноры: A1 = det(2) = 2 > 0, A2 =

∣∣∣∣ 2 2

2 5

∣∣∣∣ = 6 > 0.

128

Page 129: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 7. Доказать, что квадратичная форма

ϕ(x−→e 1 + y−→e 2

)= 2x2 + 4xy + 5y2

является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-

рий Сильвестра. 2x2 + 4xy + 5y2 = (x y)

(2 2

2 5

)(x

y

).

Главные миноры: A1 = det(2) = 2 > 0, A2 =

∣∣∣∣ 2 2

2 5

∣∣∣∣ = 6 > 0.

Получили, что все главные миноры квадратичной формы положи-тельны. Следовательно, квадратичная форма является положитель-но определенной.

Вернемся к лекции или рассмотрим следующий пример?

129

Page 130: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение.

130

Page 131: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. Можно использовать полученное ранее равенствоx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x + 2y − 2z)2 − 3 (y − 2z)2 + 9z2.

131

Page 132: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. Можно использовать полученное ранее равенствоx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x + 2y − 2z)2 − 3 (y − 2z)2 + 9z2.

Выражение в правой части последнего равенства может приниматькак положительные, так и отрицательные значения.

132

Page 133: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. Можно использовать полученное ранее равенствоx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x + 2y − 2z)2 − 3 (y − 2z)2 + 9z2.

Выражение в правой части последнего равенства может приниматькак положительные, так и отрицательные значения.Например, при (x; y; z) = (1; 0; 0) значение квадратичной формы

положительно.

133

Page 134: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. Можно использовать полученное ранее равенствоx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x + 2y − 2z)2 − 3 (y − 2z)2 + 9z2.

Выражение в правой части последнего равенства может приниматькак положительные, так и отрицательные значения.Например, при (x; y; z) = (1; 0; 0) значение квадратичной формы

положительно.При (x; y; z) = (−2; 1; 0) — отрицательно.

134

Page 135: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. Можно использовать полученное ранее равенствоx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz = (x + 2y − 2z)2 − 3 (y − 2z)2 + 9z2.

Выражение в правой части последнего равенства может приниматькак положительные, так и отрицательные значения.Например, при (x; y; z) = (1; 0; 0) значение квадратичной формы

положительно.При (x; y; z) = (−2; 1; 0) — отрицательно.Рассмотрим еще один вариант решения.

135

Page 136: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-рий Сильвестра.

136

Page 137: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-рий Сильвестра.Матрица коэффициентов квадратичной формы

1 · x2 + 1 · y2 + 1 · z2 + 4 · xy + 4 · yz − 4 · xzимеет вид

A =

1 .

137

Page 138: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-рий Сильвестра.Матрица коэффициентов квадратичной формы

1 · x2 + 1 · y2 + 1 · z2 + 4 · xy + 4 · yz − 4 · xzимеет вид

A =

1

1

.

138

Page 139: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-рий Сильвестра.Матрица коэффициентов квадратичной формы

1 · x2 + 1 · y2 + 1 · z2 + 4 · xy + 4 · yz − 4 · xzимеет вид

A =

1

1

1

.

139

Page 140: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-рий Сильвестра.Матрица коэффициентов квадратичной формы

1 · x2 + 1 · y2 + 1 · z2 + 4 · xy + 4 · yz − 4 · xzимеет вид

A =

1 2

2 1

1

.

140

Page 141: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-рий Сильвестра.Матрица коэффициентов квадратичной формы

1 · x2 + 1 · y2 + 1 · z2 + 4 · xy + 4 · yz − 4 · xzимеет вид

A =

1 2

2 1 2

2 1

.

141

Page 142: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-рий Сильвестра.Матрица коэффициентов квадратичной формы

1 · x2 + 1 · y2 + 1 · z2 + 4 · xy + 4 · yz−4 · xzимеет вид

A =

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

.

142

Page 143: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. Для доказательства утверждения используем крите-рий Сильвестра.Матрица коэффициентов квадратичной формы

1 · x2 + 1 · y2 + 1 · z2 + 4 · xy + 4 · yz − 4 · xzимеет вид

A =

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

.

143

Page 144: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. 1 · x2 + 1 · y2 + 1 · z2 + 4 · xy + 4 · yz − 4 · xz =

= (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.Главныеминоры:

144

Page 145: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. 1 · x2 + 1 · y2 + 1 · z2 + 4 · xy + 4 · yz − 4 · xz =

= (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.Главныеминоры:

A1 = det(1) = 1 > 0,

145

Page 146: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. 1 · x2 + 1 · y2 + 1 · z2 + 4 · xy + 4 · yz − 4 · xz =

= (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.Главныеминоры:

A1 = det(1) = 1 > 0,

A2 = det

∣∣∣∣ 1 2

2 1

∣∣∣∣ = −3 < 0.

146

Page 147: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. 1 · x2 + 1 · y2 + 1 · z2 + 4 · xy + 4 · yz − 4 · xz =

= (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.Главныеминоры:

A1 = det(1) = 1 > 0,

A2 = det

∣∣∣∣ 1 2

2 1

∣∣∣∣ = −3 < 0.

A2 = det

∣∣∣∣∣∣1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

∣∣∣∣∣∣ = −27 < 0.

147

Page 148: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Пример 8. Докажите, что квадратичная формаx2 + y2 + z2 + 4xy + 4yz − 4xz

не является положительно определенной.

Решение. 1 · x2 + 1 · y2 + 1 · z2 + 4 · xy + 4 · yz − 4 · xz =

= (x y z)

1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

x

y

z

.Главныеминоры:

A1 = det(1) = 1 > 0,

A2 = det

∣∣∣∣ 1 2

2 1

∣∣∣∣ = −3 < 0.

A2 = det

∣∣∣∣∣∣1 2 −2

2 1 2

−2 2 1

∣∣∣∣∣∣ = −27 < 0.

По критерию Сильвестра квадратичная форма не является поло-жительно определенной.

Вернемся к лекции?

148

Page 149: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задачи для самостоятельного решения

149

Page 150: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача I.1. (Ответ приведен на стр.160.) На линейном пространствемногочленов степени не выше 2 квадратичная форма F определе-

на формулой: ϕ (p(x)) =1∫

0

p(x) p(1− x) dx. Найдите симметричную

билинейную форму, порождающую данную квадратичную фор-му, матрицу этой квадратичной формы в базисах Б =

{x0; x; x2

},

Б′ ={x− 1; x + 1; x2 − 1

}.

150

Page 151: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача II.2. (Ответ приведен на стр.175.) Методом Лагранжа приве-дите к каноническому виду квадратичную формуx2 + 10y2 + 4z2 − 6xy + 2xz − 2yz.

151

Page 152: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача II.3. (Ответ приведен на стр.179.) Методом Лагранжа приве-дите к каноническому виду квадратичную формуx2 − 6z2 + 4xy − 4xz − 12yz.

152

Page 153: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача II.4. (Ответ приведен на стр.183.) Методом Лагранжа приве-дите к каноническому виду квадратичную форму4x2 − 8y2 + 21z2 − 4xy + 6yz + 12xz.

153

Page 154: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача II.5. (Ответ приведен на стр.187.) Методом Лагранжа приве-дите к каноническому виду квадратичную форму3x2 + y2 − 4z2 + 3xy − 10yz − 12xz.

154

Page 155: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача III.6. (Ответ приведен на стр.192.) С помощью ортогональ-ного преобразования и параллельного переноса привести к кано-ническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x + 121 = 0.

155

Page 156: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача III.7. (Ответ приведен на стр.216.) С помощью ортогональ-ного преобразования и параллельного переноса привести к кано-ническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x + 16y − 44z + 73 = 0.

156

Page 157: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача III.8. (Ответ приведен на стр.230.) С помощью ортогональ-ного преобразования и параллельного переноса привести к кано-ническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x + 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

157

Page 158: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Ответы и решения

158

Page 159: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Решение задачи 1.Задача 1. На линейном пространстве многочленов степени не выше 2 квадратичная

форма F определена формулой: ϕ (p(x)) =1∫0

p(x) p(1− x) dx. Найдите симметричную били-

нейную форму, порождающую данную квадратичную форму, матрицу этой квадратичнойформы в базисах Б = {x0; x; x2}, Б′ = {x− 1; x+ 1; x2 − 1}.

159

Page 160: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 1. На линейном пространстве многочленов степени не выше 2 квадратичная

форма F определена формулой: ϕ (p(x)) =1∫0

p(x) p(1− x) dx. Найдите симметричную били-

нейную форму, порождающую данную квадратичную форму, матрицу этой квадратичнойформы в базисах Б = {x0; x; x2}, Б′ = {x− 1; x+ 1; x2 − 1}.

Ответ. Сначала найдем искомую билинейную форму по лемме о матрице квадратич-ной формы. Ясно, что данная квадратичная форма порождается билинейной формой

f(p(x), q(x)) =1∫0

p(x) q(1− x) dx. Имеем

160

Page 161: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 1. На линейном пространстве многочленов степени не выше 2 квадратичная

форма F определена формулой: ϕ (p(x)) =1∫0

p(x) p(1− x) dx. Найдите симметричную били-

нейную форму, порождающую данную квадратичную форму, матрицу этой квадратичнойформы в базисах Б = {x0; x; x2}, Б′ = {x− 1; x+ 1; x2 − 1}.

Ответ.g(p(x), q(x)) =

1

2(f(p(x), q(x)) + f(q(x), p(x))) =

=1

2

1∫0

p(x) q(1− x) dx+

1∫0

q(x) p(1− x) dx

=

=1

2

1∫0

p(x) q(1− x) dx−0∫

1

q(1− t) p(t) dt

=

=1

2

1∫0

p(x) q(1− x) dx+

1∫0

q(1− x) p(x) dx

=

=

1∫0

p(x) q(1− x) dx = f(p(x), q(x)).

В данном случае исходная билинейная форма оказалась симметричной. Найдем матрицу этой

161

Page 162: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

билинейной формы (а, значит, и квадратичной формы).

F11 = f(x0, x0

)=

1∫0

x0 (1− x)0 dx = 1,

F12 = F21 = f(x, x0

)=

1∫0

x (1− x)0 dx =1

2,

F13 = F31 = f(x2, x0

)=

1∫0

x2 (1− x)0 dx =1

3,

F22 = f (x, x) =

1∫0

x (1− x) dx =1

2− 1

3=

1

6,

F23 = F32 = f(x2, x

)=

1∫0

x2 (1− x) dx =1

3− 1

4=

1

12,

F33 = f(x2, x2

)=

1∫0

x2 (1− x)2 dx =1

3− 2

1

4+

1

5=

1

30.

162

Page 163: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Получили FБ =

1 1/2 1/31/2 1/6 1/121/3 1/12 1/30

. Можно было найти матрицу квадратичной формы,

представив ее в виде многочлена от координат вектора в базисе Б:

Φ(a, b, c) = ϕ(ax0 + bx+ cx2

)=

=

1∫0

(ax0 + bx+ cx2

) (a(1− x)0 + b(1− x) + c(1− x)2

)dx =

= a2 +ab

2+ac

3+ab

2+ b2

(1

2− 1

3

)+ bc

(1

3− 2

4+

1

4

)+

+ac

3+ bc

(1

3− 1

4

)+ c2

(1

3− 2

4+

1

5

)=

= a2 +b2

6+c2

30− 2 · ab

2+ 2 · ac

3+ 2 · bc

12=

=(a b c

) 1 1/2 1/31/2 1/6 1/121/3 1/12 1/30

abc

.

163

Page 164: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 1. На линейном пространстве многочленов степени не выше 2 квадратичная

форма F определена формулой: ϕ (p(x)) =1∫0

p(x) p(1− x) dx. Найдите симметричную били-

нейную форму, порождающую данную квадратичную форму, матрицу этой квадратичнойформы в базисах Б = {x0; x; x2}, Б′ = {x− 1; x+ 1; x2 − 1}.

Ответ. Матрицу в базисе Б′ найдем по определению и с помощью теоремы о матрицебилинейной формы в разных базисах.

164

Page 165: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 1. На линейном пространстве многочленов степени не выше 2 квадратичная

форма F определена формулой: ϕ (p(x)) =1∫0

p(x) p(1− x) dx. Найдите симметричную били-

нейную форму, порождающую данную квадратичную форму, матрицу этой квадратичнойформы в базисах Б = {x0; x; x2}, Б′ = {x− 1; x+ 1; x2 − 1}.

Ответ. Вычисления «по честному».

F ′11 = f (x− 1, x− 1) =

1∫0

(x− 1)((1− x)− 1) dx = −1

3+

1

2=

1

6,

165

Page 166: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 1. На линейном пространстве многочленов степени не выше 2 квадратичная

форма F определена формулой: ϕ (p(x)) =1∫0

p(x) p(1− x) dx. Найдите симметричную били-

нейную форму, порождающую данную квадратичную форму, матрицу этой квадратичнойформы в базисах Б = {x0; x; x2}, Б′ = {x− 1; x+ 1; x2 − 1}.

Ответ. Вычисления «по честному».

F ′11 =1

6,

F ′12 = F ′21 = f (x+ 1, x− 1) =

1∫0

(x+ 1)((1− x)− 1) dx = −1

3− 1

2= −5

6,

166

Page 167: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 1. На линейном пространстве многочленов степени не выше 2 квадратичная

форма F определена формулой: ϕ (p(x)) =1∫0

p(x) p(1− x) dx. Найдите симметричную били-

нейную форму, порождающую данную квадратичную форму, матрицу этой квадратичнойформы в базисах Б = {x0; x; x2}, Б′ = {x− 1; x+ 1; x2 − 1}.

Ответ. Вычисления «по честному».

F ′11 =1

6, F ′12 = F ′21 = −5

6,

F ′13 = F ′31 = f(x2 − 1, x− 1

)=

1∫0

(x2 − 1

)((1− x)− 1) dx = −1

4+

1

2=

1

4,

167

Page 168: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 1. На линейном пространстве многочленов степени не выше 2 квадратичная

форма F определена формулой: ϕ (p(x)) =1∫0

p(x) p(1− x) dx. Найдите симметричную били-

нейную форму, порождающую данную квадратичную форму, матрицу этой квадратичнойформы в базисах Б = {x0; x; x2}, Б′ = {x− 1; x+ 1; x2 − 1}.

Ответ. Вычисления «по честному».

F ′11 =1

6, F ′12 = F ′21 = −5

6, F ′13 = F ′31 =

1

4,

F ′22 = f (x+ 1, x+ 1) =

1∫0

(x+ 1)((1− x) + 1) dx =

1∫0

(2 + x− x2

)dx =

= 2 +1

2− 1

3=

13

6,

168

Page 169: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 1. На линейном пространстве многочленов степени не выше 2 квадратичная

форма F определена формулой: ϕ (p(x)) =1∫0

p(x) p(1− x) dx. Найдите симметричную били-

нейную форму, порождающую данную квадратичную форму, матрицу этой квадратичнойформы в базисах Б = {x0; x; x2}, Б′ = {x− 1; x+ 1; x2 − 1}.

Ответ. Вычисления «по честному».

F ′11 =1

6, F ′12 = F ′21 = −5

6, F ′13 = F ′31 =

1

4,

F ′22 =13

6,

F ′23 = F ′32 = f(x2 − 1, x+ 1

)=

1∫0

(x2 − 1

)((1− x) + 1) dx =

=

1∫0

(2x2 − x3 − 2 + x

)dx =

2

3− 1

4− 2 +

1

2= −13

12,

169

Page 170: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 1. На линейном пространстве многочленов степени не выше 2 квадратичная

форма F определена формулой: ϕ (p(x)) =1∫0

p(x) p(1− x) dx. Найдите симметричную били-

нейную форму, порождающую данную квадратичную форму, матрицу этой квадратичнойформы в базисах Б = {x0; x; x2}, Б′ = {x− 1; x+ 1; x2 − 1}.

Ответ. Вычисления «по честному».

F ′11 =1

6, F ′12 = F ′21 = −5

6, F ′13 = F ′31 =

1

4,

F ′22 =13

6, F ′23 = F ′32 = −13

12,

F ′33 = f(x2 − 1, x2 − 1

)=

1∫0

(x2 − 1

) ((1− x)2 − 1

)dx =

=

1∫0

(x2 − 1

) (x2 − 2x

)dx =

1

5− 2

4− 1

3+ 1 =

11

30.

170

Page 171: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 1. На линейном пространстве многочленов степени не выше 2 квадратичная

форма F определена формулой: ϕ (p(x)) =1∫0

p(x) p(1− x) dx. Найдите симметричную били-

нейную форму, порождающую данную квадратичную форму, матрицу этой квадратичнойформы в базисах Б = {x0; x; x2}, Б′ = {x− 1; x+ 1; x2 − 1}.

Ответ. Вычисления «по честному».

F ′11 =1

6, F ′12 = F ′21 = −5

6, F ′13 = F ′31 =

1

4,

F ′22 =13

6, F ′23 = F ′32 = −13

12, F ′33 =

11

30.

Получили FБ′ =

171

Page 172: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 1. На линейном пространстве многочленов степени не выше 2 квадратичная

форма F определена формулой: ϕ (p(x)) =1∫0

p(x) p(1− x) dx. Найдите симметричную били-

нейную форму, порождающую данную квадратичную форму, матрицу этой квадратичнойформы в базисах Б = {x0; x; x2}, Б′ = {x− 1; x+ 1; x2 − 1}.

Ответ. Вычисления «по честному».

F ′11 =1

6, F ′12 = F ′21 = −5

6, F ′13 = F ′31 =

1

4,

F ′22 =13

6, F ′23 = F ′32 = −13

12, F ′33 =

11

30.

Получили FБ′ =

1/6 −5/6 1/4−5/6 13/6 −13/121/4 −13/12 11/30

.

172

Page 173: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 1. На линейном пространстве многочленов степени не выше 2 квадратичная

форма F определена формулой: ϕ (p(x)) =1∫0

p(x) p(1− x) dx. Найдите симметричную били-

нейную форму, порождающую данную квадратичную форму, матрицу этой квадратичнойформы в базисах Б = {x0; x; x2}, Б′ = {x− 1; x+ 1; x2 − 1}.

Ответ. Вычисление по формуле с помощью матрицы перехода дает тот же результат:

FБ′ = T t

Б→Б′FБ′TБ→Б′ =

=

−1 1 −11 1 00 0 1

t 1 1/2 1/31/2 1/6 1/121/3 1/12 1/30

−1 1 −11 1 00 0 1

=

=

−1 1 01 1 0−1 0 1

1 1/2 1/31/2 1/6 1/121/3 1/12 1/30

−1 1 −11 1 00 0 1

=

=

1/6 −5/6 1/4−5/6 13/6 −13/121/4 −13/12 11/30

.

Уря-я-я-я-я!!!!

173

Page 174: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Решение задачи 2.Задача 2. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную форму

x2 + 10y2 + 4z2 − 6xy + 2xz − 2yz.

174

Page 175: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 2. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную формуx2 + 10y2 + 4z2 − 6xy + 2xz − 2yz.

Ответ. x2 + 10y2 + 4z2 − 6xy + 2xz − 2yz =

175

Page 176: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 2. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную формуx2 + 10y2 + 4z2 − 6xy + 2xz − 2yz.

Ответ. x2 + 10y2 + 4z2 − 6xy + 2xz − 2yz = (x− 3y + z)2 + y2 + 4yz + 3z2 =

176

Page 177: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 2. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную формуx2 + 10y2 + 4z2 − 6xy + 2xz − 2yz.

Ответ. x2 + 10y2 + 4z2 − 6xy + 2xz − 2yz = (x− 3y + z)2 + y2 + 4yz + 3z2 == (x− 3y + z)2 + (y + 2z)2 − z2.

177

Page 178: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Решение задачи 3.Задача 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную форму

x2 − 6z2 + 4xy − 4xz − 12yz.

178

Page 179: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную формуx2 − 6z2 + 4xy − 4xz − 12yz.

Ответ. x2 − 6z2 + 4xy − 4xz − 12yz =

179

Page 180: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную формуx2 − 6z2 + 4xy − 4xz − 12yz.

Ответ. x2 − 6z2 + 4xy − 4xz − 12yz = (x+ 2y − 2z)2 − 4y2 − 4yz − 10z2 =

180

Page 181: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 3. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную формуx2 − 6z2 + 4xy − 4xz − 12yz.

Ответ. x2 − 6z2 + 4xy − 4xz − 12yz = (x+ 2y − 2z)2 − 4y2 − 4yz − 10z2 == (x+ 2y − 2z)2 − (2y + z)2 − (3z)2.

181

Page 182: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Решение задачи 4.Задача 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную форму

4x2 − 8y2 + 21z2 − 4xy + 6yz + 12xz.

182

Page 183: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную форму4x2 − 8y2 + 21z2 − 4xy + 6yz + 12xz.

Ответ. 4x2 − 8y2 + 21z2 − 4xy + 6yz + 12xz =

183

Page 184: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную форму4x2 − 8y2 + 21z2 − 4xy + 6yz + 12xz.

Ответ. 4x2 − 8y2 + 21z2 − 4xy + 6yz + 12xz = (2x− y + 3z)2 − 9y2 + 12yz + 12z2 =

184

Page 185: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 4. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную форму4x2 − 8y2 + 21z2 − 4xy + 6yz + 12xz.

Ответ. 4x2 − 8y2 + 21z2 − 4xy + 6yz + 12xz = (2x− y + 3z)2 − 9y2 + 12yz + 12z2 == (2x− y + 3z)2 − (3y − 2z)2 + (4z)2.

185

Page 186: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Решение задачи 5.Задача 5. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную форму

3x2 + y2 − 4z2 + 3xy − 10yz − 12xz.

186

Page 187: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 5. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную форму3x2 + y2 − 4z2 + 3xy − 10yz − 12xz.

Ответ. 3x2 + y2 − 4z2 + 3xy − 10yz − 12xz =

187

Page 188: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 5. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную форму3x2 + y2 − 4z2 + 3xy − 10yz − 12xz.

Ответ. 3x2 + y2 − 4z2 + 3xy − 10yz − 12xz =

(√

3 +

√3

2y − 2

√3z

)2

+1

4y2 − 4yz − 16z2 =

188

Page 189: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 5. Методом Лагранжа приведите к каноническому виду квадратичную форму3x2 + y2 − 4z2 + 3xy − 10yz − 12xz.

Ответ. 3x2 + y2 − 4z2 + 3xy − 10yz − 12xz =

(√

3 +

√3

2y − 2

√3z

)2

+1

4y2 − 4yz − 16z2 =

=

(√

3 +

√3

2y − 2

√3z

)2

+

(1

2y − 4z

)2

−(4√

2z)2.

189

Page 190: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 5.

190

Page 191: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Решение задачи 6.Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-

вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

191

Page 192: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ.5x2 − 30y2 − 120xy︸ ︷︷ ︸

квадратичнаяформа

−250x︸ ︷︷ ︸линейнаяформа

+121 = 0.

192

Page 193: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ. (x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+ 121 = 0.

193

Page 194: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ. (x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+ 121 = 0.

Найдем собственные векторы и собственные значения линейного оператора с матри-

цей A =

(5 −60

−60 −30

)

194

Page 195: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ. (x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+ 121 = 0.∣∣∣∣ 5− λ −60

−60 −30− λ

∣∣∣∣ = λ2 + 25λ− 3750 = (λ+ 75)(λ− 50).

195

Page 196: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ. (x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+ 121 = 0.∣∣∣∣ 5− λ −60

−60 −30− λ

∣∣∣∣ = λ2 + 25λ− 3750 = (λ+ 75)(λ− 50).

Найдем c помощью матрицы оператора собственные векторы α−→i + β

−→j , отвечающие

собственному значению −75:

196

Page 197: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ. (x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+ 121 = 0.∣∣∣∣ 5− λ −60

−60 −30− λ

∣∣∣∣ = λ2 + 25λ− 3750 = (λ+ 75)(λ− 50).

Найдем c помощью матрицы оператора собственные векторы α−→i + β

−→j , отвечающие

собственному значению −75:(80 −60−60 45

)∼

197

Page 198: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ. (x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+ 121 = 0.∣∣∣∣ 5− λ −60

−60 −30− λ

∣∣∣∣ = λ2 + 25λ− 3750 = (λ+ 75)(λ− 50).

Найдем c помощью матрицы оператора собственные векторы α−→i + β

−→j , отвечающие

собственному значению −75:(80 −60−60 45

)∼(

4 −3)7→(αβ

)=

198

Page 199: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ. (x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+ 121 = 0.∣∣∣∣ 5− λ −60

−60 −30− λ

∣∣∣∣ = λ2 + 25λ− 3750 = (λ+ 75)(λ− 50).

Найдем c помощью матрицы оператора собственные векторы α−→i + β

−→j , отвечающие

собственному значению −75:(80 −60−60 45

)∼(

4 −3)7→(αβ

)= C

(34

), C 6= 0.

199

Page 200: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ. (x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+ 121 = 0.∣∣∣∣ 5− λ −60

−60 −30− λ

∣∣∣∣ = λ2 + 25λ− 3750 = (λ+ 75)(λ− 50).

Значит, один из ортов, являющихся собственным вектором, отвечающим (−75), имеет вид3

5

−→i +

4

5

−→j .

Найдем c помощью матрицы оператора собственные векторы γ−→i + δ

−→j , отвечающие

собственному значению 50:

200

Page 201: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ. (x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+ 121 = 0.∣∣∣∣ 5− λ −60

−60 −30− λ

∣∣∣∣ = λ2 + 25λ− 3750 = (λ+ 75)(λ− 50).

Значит, один из ортов, являющихся собственным вектором, отвечающим (−75), имеет вид3

5

−→i +

4

5

−→j .

Найдем c помощью матрицы оператора собственные векторы γ−→i + δ

−→j , отвечающие

собственному значению 50:(−45 −60−60 −80

)∼

201

Page 202: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ. (x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+ 121 = 0.∣∣∣∣ 5− λ −60

−60 −30− λ

∣∣∣∣ = λ2 + 25λ− 3750 = (λ+ 75)(λ− 50).

Значит, один из ортов, являющихся собственным вектором, отвечающим (−75), имеет вид3

5

−→i +

4

5

−→j .

Найдем c помощью матрицы оператора собственные векторы γ−→i + δ

−→j , отвечающие

собственному значению 50:(−45 −60−60 −80

)∼(

3 4)7→

202

Page 203: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ. (x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+ 121 = 0.∣∣∣∣ 5− λ −60

−60 −30− λ

∣∣∣∣ = λ2 + 25λ− 3750 = (λ+ 75)(λ− 50).

Значит, один из ортов, являющихся собственным вектором, отвечающим (−75), имеет вид3

5

−→i +

4

5

−→j .

Найдем c помощью матрицы оператора собственные векторы γ−→i + δ

−→j , отвечающие

собственному значению 50:(−45 −60−60 −80

)∼(

3 4)7→(γδ

)=

203

Page 204: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ. (x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+ 121 = 0.∣∣∣∣ 5− λ −60

−60 −30− λ

∣∣∣∣ = λ2 + 25λ− 3750 = (λ+ 75)(λ− 50).

Значит, один из ортов, являющихся собственным вектором, отвечающим (−75), имеет вид3

5

−→i +

4

5

−→j .

Найдем c помощью матрицы оператора собственные векторы γ−→i + δ

−→j , отвечающие

собственному значению 50:(−45 −60−60 −80

)∼(

3 4)7→(γδ

)= C

(−4

3

), C 6= 0.

204

Page 205: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ. (x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+ 121 = 0.∣∣∣∣ 5− λ −60

−60 −30− λ

∣∣∣∣ = λ2 + 25λ− 3750 = (λ+ 75)(λ− 50).

Значит, один из ортов, являющихся собственным вектором, отвечающим (−75), имеет вид3

5

−→i +

4

5

−→j , а орт, отвечающий собственному значению 50 — −4

5

−→i +

3

5

−→j . Следовательно, закон

преобразования координат (основанный на матрице перехода и теореме о координатахвектора в разных базисах) имеет вид

205

Page 206: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ. (x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+ 121 = 0.∣∣∣∣ 5− λ −60

−60 −30− λ

∣∣∣∣ = λ2 + 25λ− 3750 = (λ+ 75)(λ− 50).

Значит, один из ортов, являющихся собственным вектором, отвечающим (−75), имеет вид3

5

−→i +

4

5

−→j , а орт, отвечающий собственному значению 50 — −4

5

−→i +

3

5

−→j . Следовательно, закон

преобразования координат (основанный на матрице перехода и теореме о координатахвектора в разных базисах) имеет вид

x =3

5x′ − 4

5y′,

y =4

5x′ +

3

5y′∼(xy

)=

(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

).

206

Page 207: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ.(x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+121 = 0,

(xy

)=

(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

).

207

Page 208: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ.(x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+121 = 0,

(xy

)=

(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

).

208

Page 209: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ.(x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+121 = 0,

(xy

)=

(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

).

(x′ y′

)( 3/5 4/5−4/5 3/5

)(5 −60

−60 −30

)(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

)+

209

Page 210: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ.(x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+121 = 0,

(xy

)=

(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

).

(x′ y′

)( 3/5 4/5−4/5 3/5

)(5 −60

−60 −30

)(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

)+

+(−250 0

)( 3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

)+ 121 = 0.

210

Page 211: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ.(x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+121 = 0,

(xy

)=

(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

).

(x′ y′

)( 3/5 4/5−4/5 3/5

)(5 −60

−60 −30

)(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

)+

+(−250 0

)( 3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

)+ 121 = 0.

211

Page 212: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ.(x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+121 = 0,

(xy

)=

(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

).

(x′ y′

)( 3/5 4/5−4/5 3/5

)(5 −60

−60 −30

)(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

)+

+(−250 0

)( 3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

)+ 121 = 0.

−75x′2 + 50y′2 − 150x′ + 200y′ + 121 = 0,

212

Page 213: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ.(x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+121 = 0,

(xy

)=

(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

).

(x′ y′

)( 3/5 4/5−4/5 3/5

)(5 −60

−60 −30

)(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

)+

+(−250 0

)( 3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

)+ 121 = 0.

−75x′2 + 50y′2 − 150x′ + 200y′ + 121 = 0,

−75 (x′ + 1)2

+ 50 (y′ + 2)2

+ 121 + 75− 200 = 0,

213

Page 214: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 6. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

5x2 − 30y2 − 120xy − 250x+ 121 = 0.

Ответ.(x y

)( 5 −60−60 −30

)(xy

)+(−250 0

)( xy

)+121 = 0,

(xy

)=

(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

).

(x′ y′

)( 3/5 4/5−4/5 3/5

)(5 −60

−60 −30

)(3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

)+

+(−250 0

)( 3/5 −4/54/5 3/5

)(x′

y′

)+ 121 = 0.

−75x′2 + 50y′2 − 150x′ + 200y′ + 121 = 0,

−75 (x′ + 1)2

+ 50 (y′ + 2)2

+ 121 + 75− 200 = 0,

−75 (x′ + 1)2

+ 50 (y′ + 2)2 − 4 = 0.

214

Page 215: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Решение задачи 7.Задача 7. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-

вести к каноническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x+ 16y − 44z + 73 = 0.

215

Page 216: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 7. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x+ 16y − 44z + 73 = 0.

Ответ.10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz︸ ︷︷ ︸

квадратичнаяформа

−88x+ 16y − 44z︸ ︷︷ ︸линейнаяформа

+73 = 0.

216

Page 217: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 7. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x+ 16y − 44z + 73 = 0.

Ответ.

(x y z

) 10 −10 −4−10 1 −14−4 −14 −2

xyz

+(−88 16 −44

) xyz

+ 73 = 0,

217

Page 218: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 7. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x+ 16y − 44z + 73 = 0.

Ответ.

(x y z

) 10 −10 −4−10 1 −14−4 −14 −2

xyz

+(−88 16 −44

) xyz

+ 73 = 0,

∣∣∣∣∣∣ 10 −10 −4−10 1 −14−4 −14 −2

− λ 1 0 0

0 1 00 0 1

∣∣∣∣∣∣ =

218

Page 219: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 7. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x+ 16y − 44z + 73 = 0.

Ответ.

(x y z

) 10 −10 −4−10 1 −14−4 −14 −2

xyz

+(−88 16 −44

) xyz

+ 73 = 0,

∣∣∣∣∣∣ 10 −10 −4−10 1 −14−4 −14 −2

− λ 1 0 0

0 1 00 0 1

∣∣∣∣∣∣ = −λ3 + 9λ2 + 324λ− 2916 =

219

Page 220: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 7. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x+ 16y − 44z + 73 = 0.

Ответ.

(x y z

) 10 −10 −4−10 1 −14−4 −14 −2

xyz

+(−88 16 −44

) xyz

+ 73 = 0,

∣∣∣∣∣∣ 10 −10 −4−10 1 −14−4 −14 −2

− λ 1 0 0

0 1 00 0 1

∣∣∣∣∣∣ = −λ3 + 9λ2 + 324λ− 2916 = −(λ− 9)(λ− 18)(λ+ 18).

220

Page 221: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 7. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x+ 16y − 44z + 73 = 0.

Ответ.

(x y z

) 10 −10 −4−10 1 −14−4 −14 −2

xyz

+(−88 16 −44

) xyz

+ 73 = 0,

Найдя c помощью матрицы оператора собственные векторы, отвечающие собственнымзначениям 9, 2/3

1/3−2/3

221

Page 222: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 7. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x+ 16y − 44z + 73 = 0.

Ответ.

(x y z

) 10 −10 −4−10 1 −14−4 −14 −2

xyz

+(−88 16 −44

) xyz

+ 73 = 0,

Найдя c помощью матрицы оператора собственные векторы, отвечающие собственнымзначениям 9, 18 и 2/3 2/3

1/3 −2/3−2/3 1/3

222

Page 223: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 7. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x+ 16y − 44z + 73 = 0.

Ответ.

(x y z

) 10 −10 −4−10 1 −14−4 −14 −2

xyz

+(−88 16 −44

) xyz

+ 73 = 0,

Найдя c помощью матрицы оператора собственные век-торы, отвечающие собственным значениям 9, 18 и (−18),

2/3 2/3 1/31/3 −2/3 2/3−2/3 1/3 2/3

223

Page 224: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 7. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x+ 16y − 44z + 73 = 0.

Ответ.

(x y z

) 10 −10 −4−10 1 −14−4 −14 −2

xyz

+(−88 16 −44

) xyz

+ 73 = 0,

Найдя c помощью матрицы оператора собственные векторы, отвечающие собственнымзначениям 9, 18 и (−18), получаем с помощью формулы преобразования коорди-нат 2/3 2/3 1/3

1/3 −2/3 2/3−2/3 1/3 2/3

224

Page 225: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 7. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x+ 16y − 44z + 73 = 0.

Ответ.

(x y z

) 10 −10 −4−10 1 −14−4 −14 −2

xyz

+(−88 16 −44

) xyz

+ 73 = 0,

Найдя c помощью матрицы оператора собственные векторы, отвечающие собственнымзначениям 9, 18 и (−18), получаем с помощью формулы преобразования коорди-нат x

yz

=

2/3 2/3 1/31/3 −2/3 2/3−2/3 1/3 2/3

pqr

,

225

Page 226: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 7. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x+ 16y − 44z + 73 = 0.

Ответ.

(x y z

) 10 −10 −4−10 1 −14−4 −14 −2

xyz

+(−88 16 −44

) xyz

+ 73 = 0,

xyz

=

2/3 2/3 1/31/3 −2/3 2/3−2/3 1/3 2/3

pqr

,

(p q r

) 9 0 00 18 00 0 −18

pqr

+(−88 16 −44

) 2/3 2/3 1/31/3 −2/3 2/3−2/3 1/3 2/3

pqr

+ 73 = 0,

226

Page 227: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 7. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x+ 16y − 44z + 73 = 0.

Ответ.

(x y z

) 10 −10 −2−10 1 −14−2 −14 −2

xyz

+(−88 16 −44

) xyz

+ 73 = 0,

xyz

=

2/3 2/3 1/31/3 −2/3 2/3−2/3 1/3 2/3

pqr

,

(p q r

) 9 0 00 18 00 0 −18

pqr

+(−88 16 −44

) 2/3 2/3 1/31/3 −2/3 2/3−2/3 1/3 2/3

pqr

+ 73 = 0,

9p2 + 18q2 − 18r2 − 24p− 84q − 48r + 73 = 0

227

Page 228: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 7. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение

10x2 + y2 − 2z2 − 20xy − 8xz − 28yz − 88x+ 16y − 44z + 73 = 0.

Ответ.

(x y z

) 10 −10 −2−10 1 −14−2 −14 −2

xyz

+(−88 16 −44

) xyz

+ 73 = 0,

xyz

=

2/3 2/3 1/31/3 −2/3 2/3−2/3 1/3 2/3

pqr

,

(p q r

) 9 0 00 18 00 0 −18

pqr

+(−88 16 −44

) 2/3 2/3 1/31/3 −2/3 2/3−2/3 1/3 2/3

pqr

+ 73 = 0,

9p2 + 18q2 − 18r2 − 24p− 84q − 48r + 73 = 0

9

(p− 4

3

)2

+ 18

(q − 7

3

)2

− 18

(r +

4

3

)2

− 9 = 0.

228

Page 229: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Решение задачи 8.Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-

вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

229

Page 230: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. Выделяем в уравнении (III.8) квадратичную и линейную части:

7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz︸ ︷︷ ︸+ 30x+ 24y − 12z︸ ︷︷ ︸−13 = 0.

230

Page 231: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. В матричном виде это уравнение можно представить в виде (отождествляя одноэле-ментную матрицу с ее единственным элементом):

(x y z

) 7 −4 −4−4 −8 1−4 1 −8

xyz

+(

30 24 −12) x

yz

− 13 = 0. (1)

Найдем ОНБ из собственных векторов оператора с матрицей, равной матрице квадратичнойформы. Для этого сначала найдем собственные значения, т.е. корни характеристического по-линома:

231

Page 232: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. В матричном виде это уравнение можно представить в виде (отождествляя одноэле-ментную матрицу с ее единственным элементом):

(x y z

) 7 −4 −4−4 −8 1−4 1 −8

xyz

+(

30 24 −12) x

yz

− 13 = 0. (1)

Найдем ОНБ из собственных векторов оператора с матрицей, равной матрице квадратичнойформы. Для этого сначала найдем собственные значения, т.е. корни характеристического по-линома: ∣∣∣∣∣∣

7− λ −4 −4−4 −8− λ 1−4 1 −8− λ

∣∣∣∣∣∣ =

232

Page 233: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. В матричном виде это уравнение можно представить в виде (отождествляя одноэле-ментную матрицу с ее единственным элементом):

(x y z

) 7 −4 −4−4 −8 1−4 1 −8

xyz

+(

30 24 −12) x

yz

− 13 = 0. (1)

Найдем ОНБ из собственных векторов оператора с матрицей, равной матрице квадратичнойформы. Для этого сначала найдем собственные значения, т.е. корни характеристического по-линома: ∣∣∣∣∣∣

7− λ −4 −4−4 −8− λ 1−4 1 −8− λ

∣∣∣∣∣∣ = −λ3 − 9λ2 + 81λ+ 729 =

233

Page 234: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. В матричном виде это уравнение можно представить в виде (отождествляя одноэле-ментную матрицу с ее единственным элементом):

(x y z

) 7 −4 −4−4 −8 1−4 1 −8

xyz

+(

30 24 −12) x

yz

− 13 = 0. (1)

Найдем ОНБ из собственных векторов оператора с матрицей, равной матрице квадратичнойформы. Для этого сначала найдем собственные значения, т.е. корни характеристического по-линома: ∣∣∣∣∣∣

7− λ −4 −4−4 −8− λ 1−4 1 −8− λ

∣∣∣∣∣∣ = −λ3 − 9λ2 + 81λ+ 729 = (λ− 9) (λ+ 9)2 .

234

Page 235: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. В матричном виде это уравнение можно представить в виде (отождествляя одноэле-ментную матрицу с ее единственным элементом):

(x y z

) 7 −4 −4−4 −8 1−4 1 −8

xyz

+(

30 24 −12) x

yz

− 13 = 0. (1)

Найдем ОНБ из собственных векторов оператора с матрицей, равной матрице квадратичнойформы. Для этого сначала найдем собственные значения, т.е. корни характеристического по-линома: ∣∣∣∣∣∣

7− λ −4 −4−4 −8− λ 1−4 1 −8− λ

∣∣∣∣∣∣ = −λ3 − 9λ2 + 81λ+ 729 = (λ− 9) (λ+ 9)2 .

Собственному значению 9 соответствует вектор −4−→i +−→j +−→k , а собственному значению −9

— векторы −−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k .

235

Page 236: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. Собственному значению 9 соответствует вектор −4−→i +−→j +−→k , а собственному зна-

чению −9 — векторы −−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k .

Ортогонализируя последнюю систему векторов методом Грама-Шмидта, получаем ортого-нальную систему собственных векторов, отвечающих собственному значению (−9):−−→j +−→k ,

236

Page 237: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. Собственному значению 9 соответствует вектор −4−→i +−→j +−→k , а собственному зна-

чению −9 — векторы −−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k .

Ортогонализируя последнюю систему векторов методом Грама-Шмидта, получаем ортого-нальную систему собственных векторов, отвечающих собственному значению (−9):−−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k + α

(−−→j +−→k),

237

Page 238: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. Собственному значению 9 соответствует вектор −4−→i +−→j +−→k , а собственному зна-

чению −9 — векторы −−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k .

Ортогонализируя последнюю систему векторов методом Грама-Шмидта, получаем ортого-нальную систему собственных векторов, отвечающих собственному значению (−9):−−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k + α

(−−→j +−→k)⊥

(−−→j +−→k),

238

Page 239: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. Собственному значению 9 соответствует вектор −4−→i +−→j +−→k , а собственному зна-

чению −9 — векторы −−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k .

Ортогонализируя последнюю систему векторов методом Грама-Шмидта, получаем ортого-нальную систему собственных векторов, отвечающих собственному значению (−9):−−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k + α

(−−→j +−→k)⊥

(−−→j +−→k),(−→

i + 4−→k , −

−→j +−→k)

+ α(−−→j +−→k , −

−→j +−→k)

= 0

239

Page 240: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. Собственному значению 9 соответствует вектор −4−→i +−→j +−→k , а собственному зна-

чению −9 — векторы −−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k .

Ортогонализируя последнюю систему векторов методом Грама-Шмидта, получаем ортого-нальную систему собственных векторов, отвечающих собственному значению (−9):−−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k + α

(−−→j +−→k)⊥

(−−→j +−→k),(−→

i + 4−→k , −

−→j +−→k)

+ α(−−→j +−→k , −

−→j +−→k)

= 0

α = −

(−→i + 4

−→k ; −

−→j +−→k)

(−−→j +−→k , −

−→j +−→k) =

240

Page 241: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. Собственному значению 9 соответствует вектор −4−→i +−→j +−→k , а собственному зна-

чению −9 — векторы −−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k .

Ортогонализируя последнюю систему векторов методом Грама-Шмидта, получаем ортого-нальную систему собственных векторов, отвечающих собственному значению (−9):−−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k + α

(−−→j +−→k)⊥

(−−→j +−→k),(−→

i + 4−→k , −

−→j +−→k)

+ α(−−→j +−→k , −

−→j +−→k)

= 0

α = −

(−→i + 4

−→k ; −

−→j +−→k)

(−−→j +−→k , −

−→j +−→k) = −4

2=

241

Page 242: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. Собственному значению 9 соответствует вектор −4−→i +−→j +−→k , а собственному зна-

чению −9 — векторы −−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k .

Ортогонализируя последнюю систему векторов методом Грама-Шмидта, получаем ортого-нальную систему собственных векторов, отвечающих собственному значению (−9):−−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k + α

(−−→j +−→k)⊥

(−−→j +−→k),(−→

i + 4−→k , −

−→j +−→k)

+ α(−−→j +−→k , −

−→j +−→k)

= 0

α = −

(−→i + 4

−→k ; −

−→j +−→k)

(−−→j +−→k , −

−→j +−→k) = −4

2= −2

242

Page 243: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. Собственному значению 9 соответствует вектор −4−→i +−→j +−→k , а собственному зна-

чению −9 — векторы −−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k .

Ортогонализируя последнюю систему векторов методом Грама-Шмидта, получаем ортого-нальную систему собственных векторов, отвечающих собственному значению (−9):−−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k − 2

(−−→j +−→k)⊥

(−−→j +−→k),(−→

i + 4−→k , −

−→j +−→k)

+ α(−−→j +−→k , −

−→j +−→k)

= 0

α = −

(−→i + 4

−→k ; −

−→j +−→k)

(−−→j +−→k , −

−→j +−→k) = −4

2= −2

243

Page 244: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. Собственному значению 9 соответствует вектор −4−→i +−→j +−→k , а собственному зна-

чению −9 — векторы −−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k .

Ортогонализируя последнюю систему векторов методом Грама-Шмидта, получаем ортого-нальную систему собственных векторов, отвечающих собственному значению (−9):−−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k − 2

(−−→j +−→k)

=−→i + 2

−→j + 2

−→k

244

Page 245: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. Собственному значению 9 соответствует вектор −4−→i +−→j +−→k , а собственному зна-

чению −9 — векторы −−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k .

Ортогонализируя последнюю систему векторов методом Грама-Шмидта, получаем ортого-нальную систему собственных векторов, отвечающих собственному значению (−9):−−→j +−→k ,

−→i + 2

−→j + 2

−→k . После ортогонализации базиса получаем матрицу перехода. Эта

матрица перехода позволяет использовать закон преобразования координат, т.е. закон вида

245

Page 246: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. Собственному значению 9 соответствует вектор −4−→i +−→j +−→k , а собственному зна-

чению −9 — векторы −−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k .

Ортогонализируя последнюю систему векторов, получаем ортогональную систему собственныхвекторов, отвечающих собственному значению −9: −

−→j +−→k ,

−→i + 2

−→j + 2

−→k . После ортогона-

лизации базиса получаем матрицу перехода. Эта матрица перехода позволяет использоватьзакон преобразования координат, т.е. закон вида

[−→r ]Б = TБ → Б’[−→r ]Б’. В данном слу-

чае получаем

xyz

=

− 4

3√

2

1

30

1

3√

2

2

3− 1√

21

3√

2

2

3

1√2

p

qr

(2)

Подставляя выражение (2) в формулу (1), получаем

246

Page 247: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. Собственному значению 9 соответствует вектор −4−→i +−→j +−→k , а собственному зна-

чению −9 — векторы −−→j +−→k ,

−→i + 4

−→k .

Ортогонализируя последнюю систему векторов, получаем ортогональную систему собственныхвекторов, отвечающих собственному значению −9: −

−→j +−→k ,

−→i + 2

−→j + 2

−→k . После ортогона-

лизации базиса получаем матрицу перехода. Эта матрица перехода позволяет использоватьзакон преобразования координат, т.е. закон вида

[−→r ]Б = TБ → Б’[−→r ]Б’. В данном слу-

чае получаем

xyz

=

− 4

3√

2

1

30

1

3√

2

2

3− 1√

21

3√

2

2

3

1√2

p

qr

(2)

Подставляя выражение (2) в формулу (1), получаем

9p2 − 9q2 − 9r2 − 18√

2p+ 18q − 18√

2r − 13 = 0. (3)

247

Page 248: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Задача 8. С помощью ортогонального преобразования и параллельного переноса при-вести к каноническому виду уравнение7x2 − 8y2 − 8z2 − 8xy − 8xz + 2yz + 30x+ 24y − 12z − 13 = 0. (III.8)

Ответ. Подставляя выражение (2) в формулу (1), получаем

9p2 − 9q2 − 9r2 − 18√

2p+ 18q − 18√

2r − 13 = 0. (3)

Для получения окончательного ответа осталось выделить полные квадраты при переменных p,q и r:

9(p−√

2)2

− 9 (q − 1)2 − 9(r +√

2)2

− 4 = 0. (4)

Таким образом, с помощью преобразования координат

xyz

=

− 4

3√

2

1

30

1

3√

2

2

3− 1√

21

3√

2

2

3

1√2

u+

√2

v + 1

w −√

2

, (5)

уравнение (III.8), стр.157 преобразуется к виду

9u2 − 9v2 − 9w2 − 4 = 0.

248

Page 249: Ю.Б.Мельников Билинейные и квадратич- ные …lib.usue.ru/.../free/12/MelnikovAlgebra4/PrimQuadFm1.pdfПример 1 задания билинейной

Спасибоза

внимание!e-mail: [email protected], [email protected]сайты: http://melnikov.k66.ru, http://melnikov.web.ur.ru

Вернуться к списку презентаций?

249