- •Высшая математика Кривые второго порядка Учебно-методическое пособие
- •1. Окружность. Эллипс.
- •Ключевые понятия
- •1. Окружность. Эллипс
- •(5) – Каноническое уравнение эллипса с центром в начале координат. Соответственно, уравнение
- •– Каноническое уравнение эллипса с центром в точке
- •2. Гипербола
- •Прямые называются директрисами гиперболы. –левая директриса,
- •3. Парабола
- •1. Понятие квадратичной формы и способы ее записи.
- •Ключевые понятия
- •1. Понятие квадратичной формы и способы ее записи
- •2. Знакоопределенность квадратичных форм. Критерии положительной и отрицательной определенностей
- •Критерий отрицательной определенности
- •Задачи и упражнения
- •Литература
- •Содержание
- •Минченков Юрий Владимирович высшая математика Кривые второго порядка
- •220086, Минск, ул. Славинского, 1, корп. 3.
1. Понятие квадратичной формы и способы ее записи.
2. Знакоопределенность квадратичных форм. Критерии положительной и отрицательной определенностей.
Ключевые понятия
Квадратичная форма. Симметричная матрица. Невырожденность квадратичной формы. Положительная определенность. Отрицательная определенность. Критерий Сильвестра.
1. Понятие квадратичной формы и способы ее записи
Квадратичной формой (х1, х2, …, xn) n действительных переменных х1, х2, …, xn называется сумма вида

, (1)
где aij – некоторые числа, называемые коэффициентами. Не ограничивая общности, можно считать, что aij = aji.
Квадратичная форма называется действительной, если aij ГR. Матрицей квадратичной формы называется матрица, составленная из ее коэффициентов. Квадратичной форме (1) соответствует единственная симметричная матрица

то есть АТ = А. Следовательно, квадратичная форма (1) может быть записана в матричном виде (х) = хТАх, где
хТ= (х1х2…xn). (2)
И, наоборот, всякой симметричной матрице (2) соответствует единственная квадратичная форма с точностью до обозначения переменных.
Рангом квадратичной формы называют ранг ее матрицы. Квадратичная форма называется невырожденной, если невырожденной является ее матрица А. (напомним, что матрица А называется невырожденной, если ее определитель не равен нулю). В противном случае квадратичная форма является вырожденной.
ПРИМЕР 1.
Записать
матрицу квадратичной формы
(х1,
х2,
x3)
=
– 6х1х2
–
– 8х1х3
+
+ 4х2х3
–
и найти ее ранг.
Решение.

r(A) = 3 квадратичная форма невырождена.
2. Знакоопределенность квадратичных форм. Критерии положительной и отрицательной определенностей
Квадратичная форма (1) называется положительно определенной (или строго положительной), если
(х) > 0, для любого х = (х1, х2, …, xn), кроме х = (0, 0, …, 0).
Матрица А положительно определенной квадратичной формы (х) также называется положительно определенной. Следовательно, положительно определенной квадратичной форме соответствует единственная положительно определенная матрица и наоборот.
Квадратичная форма (1) называется отрицательно определенной (или строго отрицательной), если
(х) < 0, для любого х = (х1, х2, …, xn), кроме х = (0, 0, …, 0).
Аналогично как и выше, матрица отрицательно определенной квад-ратичной формы также называется отрицательно определенной.
Следовательно, положительно (отрицательно) определенная квадра-тичная форма (х) достигает минимального (максимального) значения (х*) = 0 при х* = (0, 0, …, 0).
Отметим, что большая часть квадратичных форм не является знакоопределенными, то есть они не являются ни положительными, ни отрицательными. Такие квадратичные формы обращаются в 0 не только в начале системы координат, но и в других точках.
ПРИМЕР 2.
Определить знакоопределенность следующих квадратичных форм.
1)
![]()

т.
е. квадратичная форма
является положительно определенной.
2)
![]()

т.
е. квадратичная форма
является отрицательно определенной.
3)
![]()
![]()
данная квадратичная форма не является знакоопределенной, так как она равна 0 во всех точках прямой х1 = –х2, а не только в начале системы координат.
Когда n > 2 требуются специальные критерии для проверки знакоопределенности квадратичной формы. Рассмотрим их.
Главными минорами квадратичной формы называются миноры:

то есть это миноры порядка 1, 2, …, n матрицы А, расположенные в левом верхнем углу, последний из них совпадает с определителем матрицы А.
Критерий положительной определенности (критерий Сильвестра)
Для того чтобы квадратичная форма (х) = хТАх была положительно определенной, необходимо и достаточно, что все главные миноры матрицы А были положительны, то есть:
М1 > 0, M2 > 0, …, Mn > 0.
