#algebra **Линейная форма** $\LARGE n$ переменных - однородный многочлен 1-й степени: $\LARGE L(x_1, x_2, ..., x_n)=a_1x_1+a_2x_2+...+a_nx_n$ (однородный в плане что нет свободного члена) **Квадратичная форма $\LARGE n$** переменных - однородный [[Многочлен|многочлен]] 2-й степени, каждое слагаемое которого содержит либо квадрат переменной, либо **парное** произведение переменных >[!Пример] > $$\LARGE Q(x_1,x_2)=a_{11}x^2_1+a_{22}x^2_2+2a_{12}x_1x_2$$ ![[Pasted image 20250103170751.png]] ![[Pasted image 20250103170757.png]] ## [[Matrix|Матричная]] запись Квадратичная форма представима в виде произведения трех матриц: $$\LARGE Q(x_1,x_2, ..., x_n)=x^TAx$$ где $\LARGE x$ - столбец переменных, $\LARGE x^T$ - [[Transpose of a matrix|транспонированная]] строка ![[Pasted image 20250103170940.png]] это симметрическая матрица. [[Determinant of a matrix|Определитель]] матрицы $\LARGE A$ называют **дискриминантом квадратичной формы**, ранг матрицы $\LARGE A$ - [[Ранг матрицы|рангом]] квадратичной формы. ## **Знакопеременность** квадратичной формы: ![[Pasted image 20250103171354.png]] Определение знакоперемнности: если **все** [[Eigenvalues and eigenvectors of a matrix|собственные числа]] матрицы квадратичной формы положительны, то она определена положительно. Если все отрицательно - то отрицательно. ### Критерий Сильвестра Угловые миноры: ![[Pasted image 20250103171736.png]] Критерий Сильвестра: 1) квадратичная форма определена положительно тогда и только тогда, когда **все** ее угловые миноры больше нуля: $\LARGE \delta_1>0, \delta_2>0, ..., \delta_n>0$ 2) квадратичная форма определена отрицательно тогда и только тогда, когда ее угловые миноры знакочередуется, причем 1-й минор меньше нуля: $\LARGE \delta_1 <0, \delta_2>0, \delta_3<0, ...$ Исключение из правила: неположительные ($\LARGE \leq 0$) и неотрицательные ($\LARGE \geq 0$) квадратичные формы Главный минор $\LARGE k$ порядка - минор, составленный из элементов на пересечении $\LARGE k$ строк и столбцов с одинаковыми номерами: ![[Pasted image 20250103173719.png]] Тогда: 1) ненулевая квадратичная форма определена неотрицательно тогда и только тогда, когда все её главные миноры неотрицательны 2) ненулевая квадратичная форма определена неположительно тогда и только тогда, когда ее: главные миноры 1-го порядка неположительны, главные миноры 2-го порядка неотрицательны, главные миноры 3-го порядка неположительны и т.д. Если хотя бы один минор противоположного знака, то форма знакопеременна >[!Пример] >![[Pasted image 20250103174051.png]] >значит, форма неотрицательна ## Каноническый вид Если в квадратичной форме отсутствуют слагаемые с парными произведениями переменных, то говорят, что она находится в **каноническом виде** Любую квадратичную форму можно привести к каноническому виду (с помощью невырожденного преобразования), на примере формы двух переменных: Форму $\LARGE Q(x_1,x_2)=a_{11}x^2_1+a_{22}x^2_2+2a_{12}x_1x_2$ приводится к виду $\LARGE Q(y_1, y_2)=\alpha_{11}y_1^2+\alpha_{22}y^2_2$ ### Метод Лагранжа приведения к каноническому виду Ключевой момент в линейных заменах вида $\LARGE x=P y$, где $\LARGE x,y$ - столбцы старых и новых переменных, $\LARGE P$ - матрица [[Линейное преобразование|линейного преобразования]]. Проверка: $\LARGE P^T AP=B$, где $\LARGE A-$ исходная матрица, $\LARGE B$ - новая матрица квадратичной формы. ![[Pasted image 20250103181149.png]] ![[Pasted image 20250103181201.png]]![[Pasted image 20250103181214.png]] ![[Pasted image 20250103181224.png]] (стандартная замена) Метод Лагранжа сохраняет сущность формы, но меняет саму форму ### Ортогональное преобразование используются [[Eigenvalues and eigenvectors of a matrix|собственные числа и вектора]] ![[Pasted image 20250103181430.png]] ![[Pasted image 20250103181442.png]] >[!Пример] >![[Pasted image 20250103181612.png]] >![[Pasted image 20250103181727.png]] >![[Pasted image 20250103181752.png]] Ортогональное преобразование сохраняет размеры объектов Если собственные числа разные, то нужно выполнять [[Процесс Грама-Шмидта|процесс Грама-Шмидта]].