龚德恩-线性代数-jj-xd0503.pptVIP

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* 第三节 正定二次型和正定矩阵 一、正定二次型的概念 二、正定矩阵的判定 二次型的规范形是唯一的,因此可以利用二 次型的规范形(或标准形)将n元二次型进行分类, 如果对于任意的 ,有 则称该二次型为正定二次型, 二次型的矩阵A称 为正定矩阵. 定义5.4 设有n元二次型 一、正定二次型的概念 例5.7 (1) 二次型 是正定二次型. 都有 (2) 二次型 不是正定二次型. 实际上对于任意的 实际上,如果取 ,有 上面的例子说明,由二次型的标准形或规范形 很容易判断其正定性. 定理5.4 可逆线性变换不改变二次型 的正定性. 证 设 n元二次型 为正定二次型. 经可逆线性变换 ,二次型化为 其中 下证 仍是正定二次型. 对任意的 因为C 可逆,可知 因此 即二次型 仍为正定二次型. 定理5.5 n元二次型 为正定的充分必要条件是其正惯性指数等于n. 证 必要性 设 为正定二次型, 根据定理5.3,利用可逆线性变换 ,可将 化为规范形: 由定理5.4可知,二次型仍是正定的. 这与二次型仍为正定矛盾,故 取 代入二次型,得值为0或–1. 下面证明 假设 用反证法. ,则当 时, 的系数为0; 当 时, 的系数为–1. 充分性 设二次型 的正惯性指数为n , 则经过可逆线性变换 , 二次型的规范形必为 对于任意的 ,有 所以为正定二次型. 利用可逆线性变换 , 可化为 , 根据定理5.4, 为正定二次型. 推论1 n元二次型 为正定的充分必要条件是其规范形为 推论2 n元二次型 为正定的充分必要条件时其标准形为 且 由定理5.5及其推论,立刻可以得到 定理5.6 n阶对称矩阵A是正定矩阵的充分必要条 件是A与单位矩阵E合同. 即 . 因为 等价于存在可逆矩阵C ,使得 由此又有推论: 二、正定矩阵的判定 推论1 对称矩阵A为正定矩阵的充分必要条件是 存在可逆矩阵C, 使得 推论2 正定矩阵A的行列式大于零. 对于对称矩阵A必可求得正交矩阵Q , 使得 其中 是A的全部特征值. 因此,由定理 5.5的推论2,有 定理5.7 n阶对称矩阵A为正定矩阵的充分必要 条件是A的所有特征值 均为正数. 例5.8 设对称矩阵A为正定矩阵, 则 也是 正定矩阵. 证 方法一.因为 所以 即 也是对称矩阵, 又A为正定矩阵.所以存在 可逆矩阵 ,有 于是 记 则 仍可逆, 且 . 所以 也是正定矩阵. 定义5.5 设n阶矩阵 . A的子式 称为矩阵A的k阶顺序主子式. 定理5.8 对称矩阵 为正定矩阵的充分 必要条件是A的所有顺序主子式都大于零. 即 (证明略) * *

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