Пусть L есть векторное пространство над полем K и — базис в L.
Функция Q из L в K называется квадратичной формой если её можно представить в виде
где , а aij элементы поля K.
[править] Связанные определения
- Матрицу (aij) называют матрицей квадратичной формы в данном базисе.
- В случае если характеристика поля K не равна 2, можно считать, что матрица квадратичной формы симметрична, то есть aij = aji.
- Для любой квадратичной формы Q существует единственная билинейная симметричная форма B, такая, что
Q (x) = B (x, x)
- Такую билинейную форму B называют полярной к Q.
- Полярная форма может быть вычислена по формуле
- Матрица квадратичной формы в произвольном базисе совпадает с матрицей полярной ей билинейной формы в том же базисе.
- Если матрица квадратичной формы имеет полный ранг, то квадратичную форму называют невырожденной, иначе — вырожденной.
- Квадратичная форма Q называется положительно (отрицательно) определённой, если для любого Q (x) > 0 (Q (x) < 0).
- Положительно определённые и отрицательно определённые формы называются знакоопределёнными.
- Квадратичная форма A (x, x) называется знакопеременной, если она принимает как положительные, так и отрицательные значения.
- Квадратичная форма Q называется полуопределенной, если .
[править] Свойства
- Критерий Сильвестра
- Квадратичная форма является положительно определенной, тогда и только тогда, когда все угловые миноры её матрицы строго положительны.
- Квадратичная форма является отрицательно определенной, тогда и только тогда, когда знаки всех угловых миноров её матрицы чередуются, причем минор порядка 1 отрицателен.
- Билинейная форма, полярная положительно определённой квадратичной форме, удовлетворяет всем аксиомам скалярного произведения.
- Для любой квадратичной формы существует базис, в котором её матрица диагональна, а сама форма имеет канонический вид:
- Разность между числом положительных (p) и отрицательных (n − p) членов в этой записи называется сигнатурой квадратичной формы. Сигнатура, также как и числа положительных и отрицательных слагаемых, не зависят от способов приведения квадратичной формы к каноническому виду (закон инерции Сильвестра).
- Для приведения квадратичной формы к каноническому виду обычно используется метод Лагранжа.
[править] Пример
Скалярное произведение векторов — симметричная билинейная функция. Соответствующая квадратичная функция сопоставляет вектору квадрат его длины.
Скалярное произведение. Евклидовы пространства.
Скаля́рное произведе́ние — операция над двумя векторами, результатом которой является скаляр (число), не зависящее от системы координат и характеризующее длины векторов-сомножителей и угол между ними. Данной операции соответствует умножение длины данного вектора x на проекцию другого вектора y на данный вектор x. Эта операция обычно рассматривается как коммутативная и линейная по каждому сомножителю.
Обычно используется одно из следующих обозначений:
,
,
,
или (обозначение Дирака, часто применяемое в квантовой механике для векторов состояния):
.
Обычно предполагается что скалярное произведение положительно определено, то есть
для всех .
Если этого не предполагать, то произведение называется индефинитным.