正定二次型与正定矩阵ppt课件.ppt

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1、正定二次型和正定矩阵的概念正定二次型和正定矩阵的概念判别二次型或矩阵正定的方法判别二次型或矩阵正定的方法7 正定二次型正定二次型下页关闭 正定二次型是二次型中讨论最多的类型，本节正定二次型是二次型中讨论最多的类型，本节结合二次型的标准型中系数给出正定二次型的概念，结合二次型的标准型中系数给出正定二次型的概念，并给出了判定二次型正定及实对称矩阵的几种方法。并给出了判定二次型正定及实对称矩阵的几种方法。二次型的标准形不是唯一的。二次型的标准形不是唯一的。标准形中所含项数是确定的标准形中所含项数是确定的(即是二次型的秩即是二次型的秩)。限定变换为实变换时，标准形中正系数的个数是限定变换为实变换时，标

2、准形中正系数的个数是不变的。不变的。正定二次型和正定矩阵的概念正定二次型和正定矩阵的概念定理定理11(惯性定理惯性定理)设有实二次型设有实二次型它的秩是它的秩是 r，有两个实的可逆变换，有两个实的可逆变换上页下页返回正数的个数称为正数的个数称为正惯性指数正惯性指数，负数的个数，负数的个数称为称为负惯性指数负惯性指数对任何对任何 x 0,都有都有 f(x)0,则称则称 f 为为负定二次型负定二次型，并称对称阵并称对称阵 A 是是负定的负定的，记作，记作 A 0,（显然（显然 f(0)=0），则称），则称 f 为为正定正定二次型二次型，并称对称阵，并称对称阵 A 是是正定的正定的。记作。记作 A

3、0；如果；如果定理定理12 实二次型实二次型为正定的充分为正定的充分必要条件是：它的标准形的必要条件是：它的标准形的 n 个系数全为正。个系数全为正。证证 设可逆变换设可逆变换上页下页返回先证充分性先证充分性 推论推论 对称阵对称阵 A 为正定的充分必要条件是：为正定的充分必要条件是：A 的特的特征值全为正。征值全为正。再证必要性：用反证法。假设有再证必要性：用反证法。假设有 ks 0,则则(单位坐标向量单位坐标向量)时，时，这与假设这与假设 f 正定矛盾，正定矛盾，上页下页返回 定理定理13 对称阵对称阵 A 为正定的充分必要条件是：为正定的充分必要条件是：A 的各阶主子式都为正。即的各阶主

4、子式都为正。即对称阵对称阵 A 为负定的充分必要条件是：奇数阶主子式为为负定的充分必要条件是：奇数阶主子式为负，而偶数阶主子式为正。即负，而偶数阶主子式为正。即这个定理称为这个定理称为霍尔维兹定理霍尔维兹定理。上页下页返回 注意：对于二次型，除了有正定和负定以外，注意：对于二次型，除了有正定和负定以外，还有半正定和半负定及不定二次型等概念。还有半正定和半负定及不定二次型等概念。上页下页返回判别矩阵正定的方法判别矩阵正定的方法 根据正定矩阵的定义及性质，判别对称矩阵根据正定矩阵的定义及性质，判别对称矩阵A 的正定性有两种方法。的正定性有两种方法。一是求出一是求出A 的所有特征值。若的所有特征值。

5、若A 的特征值均为正的特征值均为正数，则数，则A 是正定的；若是正定的；若A 的特征值均为负数，则的特征值均为负数，则A 为为负定的。负定的。二是计算二是计算A 的各阶主子式。若的各阶主子式。若A 的各阶主子式均的各阶主子式均大于零，则大于零，则A 是正定的；若是正定的；若A 的各阶主子式中，奇数的各阶主子式中，奇数阶主子式为负，偶数阶为正，则阶主子式为负，偶数阶为正，则A 为负定的。为负定的。上页下页返回例例16 判定对称矩阵判定对称矩阵正定性。正定性。解解 方法一方法一所以所以A 是正定的。是正定的。上页下页返回方法二：方法二：A 的特征多项式为的特征多项式为上页下页返回 由实二次型的矩阵

6、表示及对称矩阵的正定性判由实二次型的矩阵表示及对称矩阵的正定性判别法知，判断二次型的正定性也有两种方法。别法知，判断二次型的正定性也有两种方法。一是利用对称矩阵一是利用对称矩阵A 的正定性。若二次型的正定性。若二次型 f 的的对称矩阵对称矩阵A 是正定的，则是正定的，则f 是正定二次型；若是正定二次型；若A 是是负定的，则负定的，则 f 也是负定二次型。也是负定二次型。二是将二是将 f 化为标准形。若其标准形的化为标准形。若其标准形的 n 个系数个系数全为正，则全为正，则 f 是正定的；若是正定的；若 f 的标准形的的标准形的 n 个系数个系数全为负，则全为负，则 f 是负定的。是负定的。由于

7、将由于将 f 化为标准形非常复杂，因此第二种方化为标准形非常复杂，因此第二种方法一般不用。法一般不用。上页下页返回判别二次型正定的方法判别二次型正定的方法解解f 的矩阵是的矩阵是所以所以 f 是负定的。是负定的。例例1717判别二次型判别二次型的正定性。的正定性。A 的各阶主子式为：的各阶主子式为：上页下页返回例例18设二次型设二次型解解f 的矩阵是的矩阵是A 的各阶主子式为：的各阶主子式为：上页下页返回Ex.11判别二次型判别二次型解解f 的矩阵是的矩阵是所以所以 f 既不是正定的，也不是负定的，即不定二次既不是正定的，也不是负定的，即不定二次型。型。的正定性。的正定性。A 的各阶主子式为：

8、的各阶主子式为：上页下页返回例例19 设设C 是满秩矩阵，实对称矩阵是满秩矩阵，实对称矩阵A 是正定的，是正定的，则则C TAC是正定的。是正定的。证证因为因为A 为正定，所以对任意为正定，所以对任意即即C TAC是正定的。是正定的。上页下页返回Ex.12 证明：若实对称矩阵证明：若实对称矩阵A=(aij)为正定矩阵，为正定矩阵，则则 aii 0(i=1,2,n).证证因为因为A 为正定，所以对任意为正定，所以对任意上页返回第五章小结第五章小结 本章通过向量的内积，从而给本章通过向量的内积，从而给n维向量建立了度维向量建立了度量的概念，结合方阵的特征值理论，给出了判定矩量的概念，结合方阵的特征

9、值理论，给出了判定矩阵是否可以对角化的判定方法；通过对实对称矩阵阵是否可以对角化的判定方法；通过对实对称矩阵所具有的特点，说明实对称矩阵不仅可以相似对角所具有的特点，说明实对称矩阵不仅可以相似对角化，而且可以正交对角化；从而为二次型化标准型化，而且可以正交对角化；从而为二次型化标准型提供了一种重要方法：正交变换法。由二次型与实提供了一种重要方法：正交变换法。由二次型与实对称矩阵的一一对应关系，将二次型的讨论转化为对称矩阵的一一对应关系，将二次型的讨论转化为矩阵的讨论，并讨论了正定二次型。矩阵的讨论，并讨论了正定二次型。上页下页返回第五章主要方法第五章主要方法一一)方阵的特征值与特征向量的求法方

10、阵的特征值与特征向量的求法上页下页返回二二)用正交方阵将方阵化为对角阵的方法用正交方阵将方阵化为对角阵的方法 (1).求求A 的特征值；的特征值；(2).求求A 的特征值对应的的特征值对应的n 个线性无关的特征向量；个线性无关的特征向量；(3).将重特征值所对应的特征向量正交化，连同单将重特征值所对应的特征向量正交化，连同单特征值所对应的特征向量一起就得到两两正交的特征特征值所对应的特征向量一起就得到两两正交的特征向量；向量；(4).将将(3)中中 n 个特征向量单位化，得到个特征向量单位化，得到 n 个两两个两两正交的单位特征向量；正交的单位特征向量；(5).以这些特征向量作为列向量的矩阵就

11、是所求的以这些特征向量作为列向量的矩阵就是所求的正交矩阵，且有正交矩阵，且有上页下页返回三三)化二次型为标准型的方法化二次型为标准型的方法(1).正交变换法正交变换法 1.写出二次型对应的矩阵写出二次型对应的矩阵A.2.将将A化为对角阵，求出正交阵化为对角阵，求出正交阵P.3.写出标准型，且正交变换为写出标准型，且正交变换为X=PY.(2).配方法配方法 1.含有平方项，直接配方；含有平方项，直接配方；2.不含有平方项不含有平方项,化成含有平方项化成含有平方项,再配方再配方;上页下页返回四四 判定矩阵与二次型为正定的方法判定矩阵与二次型为正定的方法1.定义法：定义法：2.用霍尔维兹定理：用霍尔维兹定理：A 的各阶主子式都为正，的各阶主子式都为正，则则A 是正定的是正定的;3.用用A的特征值：的特征值：A 的特征值全为正，则的特征值全为正，则A 是正定的是正定的;4.化化A所对应的二次型为标准形所对应的二次型为标准形,根据标准形根据标准形 中的正平方项个数判断中的正平方项个数判断;上页返回