$§$ 8.6 矩阵与二次型

二次型($Hermite$ 型)与对称矩阵($Hermite$ 矩阵)之间有着一一对应的关系,这种关系既可以让我们用矩阵方法来讨论二次型($Hermite$ 型)问题,也可以用二次型($Hermite$ 型)方法来讨论矩阵问题.
这就是二次型($Hermite$ 型)理论与矩阵理论种最常用的方法之一

1. 用矩阵方法来讨论二次型问题

8.40 设 $A$ 是 $n$ 阶正定实对称矩阵,求证:函数 $f(x) = x’Ax + 2β’x + c$ 的极小值等于 $c - β’A^{-1}β$ ,其中 $β = (b_{1},⋯,b_{n})’$ ,$b_{i}$ 和 $c$ 都是实数.

8.32 和 8.33均可用此法

8.41 设实二次型

$$ f(x_{1},x_{2},⋯,x_{n}) = ∑_{i=1}^{k} (a_{i1}x_{1} + a_{i2}x_{2},⋯ + a_{in}x_{n})^{2} $$ 其中 $a_{ij}$ 都是实数 ,求证:$f$ 是半正定型且 $f$ 的秩等于下列矩阵的秩 $$ \begin{pmatrix} a_{11} & a_{12} & ⋯ & a_{1n}\\ a_{21} & a_{22} & ⋯ & a_{2n}\\ ⋮ & ⋮ & & ⋮\\ a_{k1} & a_{k2} & ⋯ & a_{kn} \end{pmatrix} $$

8.34 化下列实二次型为标准型

$$ f(x_{1},x_{2},⋯,x_{n}) = ∑_{i=1}^{n} (x_{i} - s)^{2},  s = \frac{1}{n}(x_{1} + x_{2} + ⋯ + x_{n}) $$

8.35

例题8.13 给出了通过计算二次型系数矩阵的顺序主子式来求标准型的方法,我们来看下面的例题

8.42 求实二次型的标准型

(1) $f(x_{1},x_{2},⋯,x_{n}) = ∑_{i,j=1}^{n} max{i,j}x_{i}x_{j}$ ;
(1) $f(x_{1},x_{2},⋯,x_{n}) = ∑_{i,j=1}^{n} |i - j|x_{i}x_{j}$ ;

2. 用二次型方法来讨论矩阵问题

8.43 设 $A = (a_{ij}), B = (b_{ij})$ 都是 $n$ 阶正定实对称矩阵,求证:$A,B$ 的 $Hadamard$ 乘积 $H = A ⚬ B = (a_{ij}b_{ij})$ 也是正定阵

8.44 设 $A$ 是 $n$ 阶可逆实对称矩阵, $S$ 是 $n$ 阶实反对称矩阵且 $AS = SA$,求证:$A + S$ 是可逆矩阵