24 Dec

用二次方程判别式判断正定矩阵

快要学期末了,不少学霸开始忙碌起来了。不过对非学霸的我来说,基本上每天都是一样的,希望把自己感兴趣的东西深入研究下去,因为我觉得,真正学会点有用的东西才是最重要的。数学分析和高等代数老师都要求写课程论文,我也写了我比较感兴趣的“欧拉数学”和“超复数研究”,之后会把这部分内容与大家分享。

虽然学期已经接近尾声了,但是我们的课程还没有上完。事实上,我们的新课一直上到十八周~随着考试的接近,我们的《高等代数》课程也已经要落幕了。最近在上的是二次型方面的内容,讲到正定二次型和正定矩阵。关于正定矩阵的判别,教科书上提供了两个判别方法,一个是基于定义的初等变换,另外一个就是主子式法。前者无可厚非,但是后者我似乎难以理解——它虽然是正确的,但是它很丑,计算量又大。我还没有想清楚主子式法到底有什么好的?在我看来,本文所探讨的基于二次方程判别式的方法才是简单、快捷的。

正定二次型
所谓正定二次型,就是关于n个变量$x_1,x_2,...,x_n$的二次齐次函数,只要$x_i$不全为0,它的值恒为正数。比如
$$2 x_1^2+x_2^2-2 x_1 x_2=x_1^2+(x_2-x_1)^2$$
这是一个比较简单的正定二次型,多元的还有
$$5 x_1^2+x_2^2+5 x_3^2+4 x_1 x_2-8 x_1 x_3-4 x_2 x_3$$

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2 Jan

用复数化简二次曲线的尝试

当二次型在二维平面的情况下时,就等价于二次曲线的化简。二次曲线的化简主要用到平移和旋转,这恰好是复数所“擅长”的。因此,以复数为工具来对二次曲线进行化简,似乎是一种很显然的思路。然而,我却没有看到这方面的内容,而且我自己之前也忽略了这一思路。下面我对这个思路进行一点探索。

由于只打算做一些启发性引导,所以在这里只考虑$ Ax^2+2Bxy+Cy^2=1$这种不完全的形式(它不包含抛物线)。

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25 Dec

矩阵化简二次型(无穷小近似处理抛物型)

(阅读本文最好有一定的线性代数基础,至少对线性代数里边的基本概念有所了解。)

这学期已经接近尾声了,我们的《解析几何》已经讲到化简二次曲线了。可是,对于没有线性代数的其他同学们,直接用转轴和移轴这个计算公式来变换,那计算量会让我们很崩溃的;虽然那个“不变量”方法计算上有些简单,却总让人感到很诡异,总觉得不知从何而来,而且又要记一堆公式。事实上,如果有线性代数的基础,这些东西变得相当好理解的。我追求用统一的方法求解同一种问题,即用统一的方式处理所有的二次型,当然也希望计算量简单一点。

一般的模型

一般的二次型可以写成
$$x^T A x + 2 b^T x + c=0$$

其中$x,b$都是n维列向量(各元素为$x_i$和$b_i$),A是n阶方阵(各元素为$a_{ij}$),c是常数。在这里,我们只讨论n=2和n=3的情况。化简二次型的过程,可以归结为A矩阵的简化。

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