求二次型的规范型需要遵循以下步骤:
确定正负惯性指数
正惯性指数:正特征值的个数。
负惯性指数:负特征值的个数。
规范型中1的个数等于正惯性指数,-1的个数等于负惯性指数,0的个数等于二次型的秩减去正负惯性指数之和。
将二次型对角化
对于实对称矩阵,可以通过正交变换将其对角化。即存在正交矩阵Q,使得$Q^T A Q$为对角矩阵。
对角矩阵的对角元素即为原二次型的特征值。
构造规范型
将对角矩阵中的特征值按照1, -1, 0的顺序排列,得到规范型。
如果特征值中有0,则0的个数等于二次型的秩减去正负惯性指数之和。
示例
假设有一个二次型矩阵$A$,其特征值为$\lambda_1, \lambda_2, \lambda_3$,其中$\lambda_1 > 0, \lambda_2 < 0 xss=removed>
确定正负惯性指数
正惯性指数:1(因为$\lambda_1 > 0$)
负惯性指数:1(因为$\lambda_2 < 0>
秩:3(因为有三个特征值)
对角化
找到正交矩阵$Q$,使得$Q^T A Q$为对角矩阵$\Lambda$,其中$\Lambda = \text{diag}(\lambda_1, \lambda_2, \lambda_3)$。
构造规范型
将对角矩阵$\Lambda$中的特征值按照1, -1, 0的顺序排列,得到规范型$y_1^2 - y_2^2$(因为$\lambda_1 = 1, \lambda_2 = -1, \lambda_3 = 0$)。
通过以上步骤,我们可以求得二次型的规范型。规范型唯一,且系数只有1, -1和0。