1.
用矩阵初等变换的方法求二次型
\begin{equation*}
f(x_1,x_2,x_3)=x_1^2+x_2^2+x_3^2-2x_1x_2+2x_1x_3+6x_2x_3
\end{equation*}
的标准形,并写出所作的非退化线性替换。
解答.
二次型\(f(x_1,x_2,x_3)\)的矩阵为\(A=\begin{pmatrix}
1&-1&1\\
-1&1&3\\
1&3&1\end{pmatrix}\)。对分块矩阵 \(\begin{pmatrix}A\\ E\end{pmatrix}\)施行合同变换得:
\begin{equation*}
\begin{array}{ll}\begin{pmatrix}
A\\E
\end{pmatrix}&=\begin{pmatrix}
1&-1&1\\
-1&1&3\\
1&3&1\\
1&0&0\\
0&1&0\\
0&0&1
\end{pmatrix}\xrightarrow[c_2+c_1]{r_2+r_1}\begin{pmatrix}
1&0&1\\
0&0&4\\
1&4&1\\
1&1&0\\
0&1&0\\
0&0&1
\end{pmatrix}\\
&\xrightarrow[c_3-c_1]{r_3-r_1}\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&0&4\\
0&4&0\\
1&1&-1\\
0&1&0\\
0&0&1
\end{pmatrix}\xrightarrow[c_2+c_3]{r_2+r_3}\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&8&4\\
0&4&0\\
1&0&-1\\
0&1&0\\
0&1&1
\end{pmatrix}\\
&\xrightarrow[c_3-\frac{1}{2}c_2]{r_3-\frac{1}{2}r_2}\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&8&0\\
0&0&-2\\
1&0&-1\\
0&1&-\frac{1}{2}\\
0&1&\frac{1}{2}
\end{pmatrix},\end{array}
\end{equation*}
故作非退化线性替换\(X=CY\),其中
\begin{equation*}
C=E(1,2(1))E(1,3(-1))E(3,2(1))E(2,3(-\frac{1}{2}))=\begin{pmatrix}
1&0&-1\\
0&1&-\frac{1}{2}\\
0&1&\frac{1}{2}
\end{pmatrix},
\end{equation*}
得标准形
\begin{equation*}
f(x_1,x_2,x_3)=g(y_1,y_2,y_3)=y_1^2+8y_2^2-2y_3^2.
\end{equation*}
