
【计】 quadratic form
二次型(Quadratic Form)是线性代数中的重要概念,指由变量二次齐次多项式构成的数学表达式。从汉英词典角度可定义为:
二次型(Quadratic Form)
指包含 ( n ) 个变量 ( x_1, x_2, ldots, x_n ) 的二次齐次多项式函数,其一般形式为:
$$
f(x_1, x_2, ldots, xn) = sum{i=1}^n sum{j=1}^n a{ij} x_i xj quad (a{ij} = a{ji})
$$
其中系数 ( a{ij} ) 构成实对称矩阵 ( A ),因此可表示为矩阵形式:
$$
f(mathbf{x}) = mathbf{x}^top A mathbf{x}
$$
(( mathbf{x} ) 为列向量)
对称矩阵表示
二次型必对应一个实对称矩阵 ( A )。通过合同变换(即坐标变换 ( mathbf{x} = Pmathbf{y} )),可将其化为标准型:
$$
f = lambda_1 y_1 + lambda_2 y_2 + cdots + lambda_n y_n
$$
其中 ( lambda_i ) 为矩阵 ( A ) 的特征值。
几何应用
在三维空间中,二次型对应二次曲面(如椭球面、双曲面),其正定性(所有特征值正/负)决定曲面类型(开口方向)。
权威参考来源:
二次型是数学中一种特殊的二次齐次多项式,其核心形式为变量间的二次组合。以下是详细解释:
二次型的一般形式为: $$ f(x_1,x_2,...,xn) = sum{i=1}^n sum{j=1}^n a{ij}x_ixj quad (a{ij}=a_{ji}) $$ 所有项的次数均为2次,例如二维情形: $$ f(x,y) = ax + 2bxy + cy $$
任何二次型都可表示为: $$ f(mathbf{x}) = mathbf{x}^T A mathbf{x} $$ 其中:
通过坐标变换可化为标准形: $$ f = lambda_1 y_1 + lambda_2 y_2 + cdots + lambda_n y_n $$ 其中$lambda_i$为矩阵$A$的特征值,对应几何中的主轴变换。
二次型的研究为线性代数、微分方程、最优化理论等提供了重要工具,其矩阵表示方法极大简化了相关运算与分析。
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