题目
设二次型 ((x)_(1),(x)_(2),... ,(x)_(n))=(x)^TAx, 其中 ^T=A, =(({x)_(1),(x)_(2),... ,(x)_(n))}^T,-|||-则f为正定二次型的充分必要条件是 ()-|||-(A)f的负惯性指数是0 (B)存在正交矩阵Q,使 ^TAQ=E-|||-(C)f的秩为n D)存在可逆矩阵C,使 =(C)^TC

题目解答
答案


解析
步骤 1:理解正定二次型的定义
正定二次型 $f({x}_{1},{x}_{2},\cdots ,{x}_{n})={x}^{T}Ax$ 的定义是对于任意非零向量 $x$,有 $f(x) > 0$。其中 $A$ 是一个对称矩阵,即 ${A}^{T}=A$。
步骤 2:分析选项(A)
选项(A)说f的负惯性指数是0。负惯性指数是指矩阵A的负特征值的个数。如果负惯性指数为0,说明A的所有特征值都是非负的。但是,这并不足以保证所有特征值都是正的,因此不能保证f是正定的。所以选项(A)是必要条件,但不是充分条件。
步骤 3:分析选项(B)
选项(B)说存在正交矩阵Q,使 $Q'AQ=E$。如果存在这样的正交矩阵Q,那么A的特征值全为1,因为正交矩阵Q的逆等于其转置,即 $Q^{-1}=Q'$。但是,A正定时,其特征值虽大于零但未必全是1。所以选项(B)是充分条件,但不是必要条件。
步骤 4:分析选项(C)
选项(C)说f的秩为n。如果f的秩为n,说明A是满秩的,即A的行列式不为零。但是,这并不足以保证A的所有特征值都是正的,因此不能保证f是正定的。所以选项(C)是必要条件,但不是充分条件。
步骤 5:分析选项(D)
选项(D)说存在可逆矩阵C,使 $A={C}^{T}C$。如果存在这样的可逆矩阵C,那么A可以表示为一个可逆矩阵的转置乘以它本身,这保证了A的所有特征值都是正的,因此f是正定的。所以选项(D)是充分必要条件。
正定二次型 $f({x}_{1},{x}_{2},\cdots ,{x}_{n})={x}^{T}Ax$ 的定义是对于任意非零向量 $x$,有 $f(x) > 0$。其中 $A$ 是一个对称矩阵,即 ${A}^{T}=A$。
步骤 2:分析选项(A)
选项(A)说f的负惯性指数是0。负惯性指数是指矩阵A的负特征值的个数。如果负惯性指数为0,说明A的所有特征值都是非负的。但是,这并不足以保证所有特征值都是正的,因此不能保证f是正定的。所以选项(A)是必要条件,但不是充分条件。
步骤 3:分析选项(B)
选项(B)说存在正交矩阵Q,使 $Q'AQ=E$。如果存在这样的正交矩阵Q,那么A的特征值全为1,因为正交矩阵Q的逆等于其转置,即 $Q^{-1}=Q'$。但是,A正定时,其特征值虽大于零但未必全是1。所以选项(B)是充分条件,但不是必要条件。
步骤 4:分析选项(C)
选项(C)说f的秩为n。如果f的秩为n,说明A是满秩的,即A的行列式不为零。但是,这并不足以保证A的所有特征值都是正的,因此不能保证f是正定的。所以选项(C)是必要条件,但不是充分条件。
步骤 5:分析选项(D)
选项(D)说存在可逆矩阵C,使 $A={C}^{T}C$。如果存在这样的可逆矩阵C,那么A可以表示为一个可逆矩阵的转置乘以它本身,这保证了A的所有特征值都是正的,因此f是正定的。所以选项(D)是充分必要条件。