Квадратичные функции в евклидовом пространстве. Пары форм (32.27-32.39)
[13/62%]Квадратичная (билинейная) функция записана в ортонормированном базисе -мерного евклидова пространства. Найти ортонормированный базис, в котором данная функция имеет диагональный вид, и записать этот диагональный вид.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
, (р)
,
,
,
,
,
, :
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
, .
Найти канонический вид, ранг и сигнатуру каждой из квадратичных и билинейных форм задачи 32. 27:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
, (р)
,
,
,
,
,
, :
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
, .
Доказать, что квадратичная форма является положительно определенной тогда и только тогда, когда все характеристические числа ее матрицы положительны, и отрицательно определенной тогда и только тогда, когда отрицательны.
Пусть все характеристические числа вещественной симметрической матрицы принадлежат отрезку . Доказать, что квадратичная форма с матрицей положительно определена при и отрицательно определена при .
Доказать, что квадратичная форма положительно определена тогда и только тогда, когда все коэффициенты характеристического многочлена ее матрицы отличны от нуля и знаки этих коэффициентов чередуются, причем свободный член положителен.
Доказать, что линейное преобразование евклидова пространства, присоединенное к заданной в нем симметричной билинейной функции , является самосопряженным.
Пусть в некотором базисе билинейная функция имеет симметричную матрицу , а матрица Грама базиса равна . Найти матрицу преобразования, присоединенного к функции .
В базисе евклидова пространства задана квадратичная форма. Найти в том же базисе матрицу присоединенного к ней преобразования, если матрица Грама базиса равна :
. .
. .
. .
. .
. .
. .
Пусть в некотором базисе -мерного евклидова пространства с матрицей Грама квадратичная функция имеет матрицу . Доказать, что ортонормированный базис, в котором диагональна, и ее диагональные коэффициенты в этом базисе находятся как решения обобщенной задачи на собственные значения и собственные векторы: .
Пусть -мерное линейное подпространство мерного евклидова пространства. Функция равна квадрату длины ортогональной проекции вектора на подпространство . Доказать, что функция является квадратичной. Найти диагональный вид, который имеет эта функция в некотором ортонормированном базисе.
Проверить, что по меньшей мере одна из двух данных квадратичных форм является знакоопределенной. Найти замену координат, приводяшую эти две формы одновременно к диагональному виду, и записать этот диагональный вид обеих форм.
,
, где и — вещественные параметры,
(р)
.
Доказать, что если среди линейных комбинаций двух квадратичных функций имеется положительно определенная, то эти две функции одновременно приводятся к диагональной форме. Показать на примере, что это условие не является необходимым.
В некотором базисе -мерного линейного пространства квадратичные функции и имеют соответственно матрицы и . Пусть в базисе , заданном матрицей перехода от базиса , функция имеет каноническую форму , a функция — диагональную форму . Доказать, что:
векторы базиса находятся из системы уравнений о для каждого корня уравнения .
Не находя замены координат, приводящей положительно определенную квадратичную форму к каноническому виду, а квадратичную форму к диагональному виду, найти этот диагональный вид формы .
.