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数学
题目

二次型((x)_(1),(x)_(2),(x)_(3))=(({x)_(1)+(x)_(2))}^2+(({x)_(2)+(x)_(3))}^2-(({x)_(3)-(x)_(1))}^2的正惯性指数与负惯性指数依次为 ( A ) 2 , 0 . ( B ) 1 , 1 . ( C ) 2 , 1 . ( D ) 1 , 2

二次型的正惯性指数与负惯性指数依次为 

( A ) 2 , 0 . 

( B ) 1 , 1 . 

( C ) 2 , 1 . 

( D ) 1 , 2

题目解答

答案

由题意得二次型

化简可以得到

因此可以得到矩阵

得到行列式

特征值是0,-1,3

有一个正特征值,一个负特征值

正惯性指数与负惯性指数都为1

答案选B

解析

步骤 1:展开二次型
首先,我们展开给定的二次型$f({x}_{1},{x}_{2},{x}_{3})={({x}_{1}+{x}_{2})}^{2}+{({x}_{2}+{x}_{3})}^{2}-{({x}_{3}-{x}_{1})}^{2}$。
$f({x}_{1},{x}_{2},{x}_{3})=({x}_{1}^{2}+2{x}_{1}{x}_{2}+{x}_{2}^{2})+({x}_{2}^{2}+2{x}_{2}{x}_{3}+{x}_{3}^{2})-({x}_{3}^{2}-2{x}_{1}{x}_{3}+{x}_{1}^{2})$
步骤 2:简化二次型
简化上述表达式,得到
$f({x}_{1},{x}_{2},{x}_{3})=2{x}_{1}{x}_{2}+2{x}_{2}{x}_{3}+2{x}_{1}{x}_{3}$
步骤 3:构造二次型矩阵
根据二次型$f({x}_{1},{x}_{2},{x}_{3})=2{x}_{1}{x}_{2}+2{x}_{2}{x}_{3}+2{x}_{1}{x}_{3}$,构造对应的二次型矩阵$A$。
$A=\begin{pmatrix}0&1&1\\1&0&1\\1&1&0\end{pmatrix}$
步骤 4:求矩阵$A$的特征值
计算矩阵$A$的特征值,即求解$|A-\lambda I|=0$。
$|\begin{pmatrix}-\lambda&1&1\\1&-\lambda&1\\1&1&-\lambda\end{pmatrix}|=0$
$-\lambda(-\lambda^2-1)-1(-\lambda-1)+1(1+\lambda)=0$
$\lambda^3-3\lambda=0$
$\lambda(\lambda^2-3)=0$
$\lambda=0,\pm\sqrt{3}$
步骤 5:确定正惯性指数与负惯性指数
根据特征值,正惯性指数为正特征值的个数,负惯性指数为负特征值的个数。
正特征值为$\sqrt{3}$,负特征值为$-\sqrt{3}$,零特征值为$0$。
因此,正惯性指数为1,负惯性指数为1。

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