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数学
题目

判定下列二次型的正定性:-|||-(1) =-2({x)_(1)}^2-6({x)_(2)}^2-4({x)_(3)}^2+2(x)_(1)(x)_(2)+2(x)_(1) x3;-|||-(2) =({x)_(1)}^2+3({x)_(2)}^2+9({x)_(3)}^2-2(x)_(1)(x)_(2)+4(x)_(1)(x)_(3)

题目解答

答案

解析

二次型的正定性判定主要依据矩阵的顺序主子式符号规律:

  • 正定:所有顺序主子式均大于0;
  • 负定:奇数阶顺序主子式为负,偶数阶为正;
  • 不定:若存在顺序主子式为0,或符号规律不符合上述两种情况。

本题需分别构造二次型的矩阵,计算各阶顺序主子式,判断符号规律。

第(1)题

二次型:$f = -2x_1^2 -6x_2^2 -4x_3^2 + 2x_1x_2 + 2x_1x_3$

步骤1:写出矩阵$A$

二次型的矩阵$A$为:
$A = \begin{pmatrix}-2 & 1 & 1 \\1 & -6 & 0 \\1 & 0 & -4\end{pmatrix}$

步骤2:计算顺序主子式

  1. 1阶主子式:
    $|A_1| = -2 < 0$
  2. 2阶主子式:
    $|A_2| = \begin{vmatrix} -2 & 1 \\ 1 & -6 \end{vmatrix} = (-2)(-6) - (1)(1) = 11 > 0$
  3. 3阶主子式:
    $|A| = \begin{vmatrix} -2 & 1 & 1 \\ 1 & -6 & 0 \\ 1 & 0 & -4 \end{vmatrix} = -38 < 0$

步骤3:判断正定性

  • 奇数阶主子式为负,偶数阶主子式为正,符合负定条件。

第(2)题

二次型:$f = x_1^2 + 3x_2^2 + 9x_3^2 - 2x_1x_2 + 4x_1x_3$

步骤1:写出矩阵$A$

二次型的矩阵$A$为:
$A = \begin{pmatrix}1 & -1 & 2 \\-1 & 3 & 0 \\2 & 0 & 9\end{pmatrix}$

步骤2:计算顺序主子式

  1. 1阶主子式:
    $|A_1| = 1 > 0$
  2. 2阶主子式:
    $|A_2| = \begin{vmatrix} 1 & -1 \\ -1 & 3 \end{vmatrix} = (1)(3) - (-1)(-1) = 2 > 0$
  3. 3阶主子式:
    $|A| = \begin{vmatrix} 1 & -1 & 2 \\ -1 & 3 & 0 \\ 2 & 0 & 9 \end{vmatrix} = 6 > 0$

步骤3:判断正定性

  • 所有顺序主子式均大于0,符合正定条件。

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