三元二次型 f(x_1,x_2,x_3)=x_1^2+4x_1x_2+6x_2x_3+4x_2^2+12x_2x_3+9x_3^2 的矩阵为()A. } 1 & 2 & 6 2 & 4 & 6 0 & 6 & 9
A. $\begin{bmatrix} 1 & 2 & 6 \\ 2 & 4 & 6 \\ 0 & 6 & 9 \end{bmatrix}$
B. $\begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 2 & 4 & 6 \\ 3 & 6 & 9 \end{bmatrix}$
C. $\begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 2 & 4 & 0 \\ 3 & 12 & 9 \end{bmatrix}$
D. $\begin{bmatrix} 1 & 4 & 3 \\ 0 & 4 & 6 \\ 3 & 6 & 9 \end{bmatrix}$
题目解答
答案
解析
二次型矩阵的构造是本题的核心考查点。二次型的一般形式为$f = \sum a_{ij}x_ix_j$,其对应的对称矩阵$A$满足:
- 对角线元素$a_{ii}$对应$x_i^2$项的系数;
- 非对角线元素$a_{ij}$($i \neq j$)对应$x_ix_j$项系数的一半。
解题关键在于正确合并同类项,确定各交叉项的系数,并据此构造矩阵。需特别注意题目中可能存在的笔误或选项设置的陷阱。
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整理二次型
原式为:
$f(x_1,x_2,x_3)=x_1^2+4x_1x_2+6x_2x_3+4x_2^2+12x_2x_3+9x_3^2$
合并同类项后:
$f(x_1,x_2,x_3)=x_1^2 +4x_1x_2 +4x_2^2 +18x_2x_3 +9x_3^2$ -
确定矩阵元素
- 平方项系数:
$a_{11}=1$($x_1^2$),$a_{22}=4$($x_2^2$),$a_{33}=9$($x_3^2$)。 - 交叉项系数:
$x_1x_2$项系数为$4$,故$a_{12}=a_{21}=4/2=2$;
$x_2x_3$项系数为$18$,故$a_{23}=a_{32}=18/2=9$;
$x_1x_3$项未出现,故$a_{13}=a_{31}=0$。
- 平方项系数:
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构造矩阵
理论上应为:
$A = \begin{bmatrix} 1 & 2 & 0 \\ 2 & 4 & 9 \\ 0 & 9 & 9 \end{bmatrix}$
但选项中无此矩阵。选项B的矩阵为:
$B = \begin{bmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 2 & 4 & 6 \\ 3 & 6 & 9 \end{bmatrix}$
对应二次型为:
$x_1^2 +4x_1x_2 +6x_1x_3 +4x_2^2 +12x_2x_3 +9x_3^2$
与原式仅在$x_1x_3$项存在差异,推测题目或选项存在笔误,选项B最接近正确答案。