高等代数北大版教（学）案-第5章二次型.doc

在高等代数中，第二章讨论的核心概念是二次型，这是线性代数中的一个重要部分，尤其在北大版的教材中。二次型是指数域P上由n个变量构成的二次齐次多项式，其形式为f(x_1, x_2, ..., x_n) = a_{11}x_1^2 + a_{12}x_1x_2 + ... + a_{nn}x_n^2，其中系数a_{ij}都在数域P内。这个定义强调了二次型的系数是对称的，因为对于任意i和j，都有a_{ij} = a_{ji}。 线性替换是将一组变量转换为另一组变量的过程，它在二次型的研究中扮演着关键角色。线性替换通常用矩阵来表示，如矩阵C描述了变量x到y的转换关系，即y=Cx。如果线性替换的系数行列式不为零，那么它被称为非退化的，这意味着新的变量集仍然可以唯一地表示原始变量集。 二次型的矩阵表示是通过将二次型的系数按照特定顺序排列成一个对称矩阵A。例如，对于一个3元二次型，矩阵A将是3x3的，其元素对应于二次型的系数。二次型f(x_1, x_2, x_3)可以用矩阵乘法表示为f(x) = x^TAx，其中x是包含变量x_1, x_2, x_3的列向量。这种表示方法使得二次型与对称矩阵之间建立了直接联系，而对称矩阵是二次型的特征。 当进行非退化线性替换时，原二次型会变为一个新的二次型，它们之间的关系可以通过合同关系来描述。两个矩阵A和B是合同的，如果存在一个可逆矩阵C，使得B = C^TAC。合同关系保持了二次型的一些基本性质，比如它们的特征值、正定性等。合同关系是矩阵之间的一种等价关系，它在二次型的简化和分类中非常有用，特别是在进行配方法和规范形变换时。 在教学过程中，理解和掌握二次型的矩阵表示以及非退化线性替换下的变化至关重要。这不仅有助于理解二次型的基本性质，而且为后续学习诸如正定二次型、标准形、主轴定理等内容打下基础。通过深入学习这部分内容，学生能够运用这些理论解决实际问题，例如在物理学、工程学等领域中的优化问题。