设二次型f=2x12+2x22+ax32+2x1x2+2bx1x3+2x2x3经过正交变换X=QY化为标准形f=y12+y22+4y32，求参数a，b及正交矩阵Q．

admin2017-08-31 59

问题设二次型f=2x₁²+2x₂²+ax₃²+2x₁x₂+2bx₁x₃+2x₂x₃经过正交变换X=QY化为标准形f=y₁²+y₂²+4y₃²，求参数a，b及正交矩阵Q．

选项

答案二次型f=2x₁²+2x₂²+ax₃²+2x₁x₂+2bx₁x₃+2x₂x₃的矩阵形式为f=X^TAX 其中[*]，所以A～B(因为正交矩阵的转置矩阵即为其逆矩阵)，于是A的特征值为1，1，4．而｜λE一A｜=λ³一(a+4)λ²+(4a—b²+2)λ+(一3a一2b+2b²+2)，所以有λ³一(a+4)λ²+(4a—b²+2)λ+(一3a一2b+2b²+2)=(λ一1)²(λ一4)，解得a=2，b=1．当λ₁=λ₂=1时，由(E—A)X=0得[*] 由λ₃=4时，由(4E—A)X=0得ξ₃=[*]，显然ξ₁，ξ₂，ξ₃两两正交，单位化为 [*]

解析

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考研数学一

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设二次型f(x1，x2，x3)=5x12+ax22+3x32一2x1x2+6x13-6x2x3的矩阵合同于(Ⅰ)求常数a；(II)用正交变换法化二次型f(x1，x2，x3)为标准形．
设A为m×n矩阵，且r(A)==r＜n，其中．(Ⅰ)证明方程组AX=b有且仅有n—r+1个线性无关解；(Ⅱ)若有三个线性无关解，求a，b及方程组的通解．
设A是n阶矩阵，证明：(Ⅰ)r(A)=1的充分必要条件是存在n阶非零列向量α，β，使得A=αβT；(Ⅱ)r(A)=1且tr(A)≠0，证明A可相似对角化．
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