# 二次型

# 基本概念

# 二次型

若域 F\mathbb{F} 上一个 nn 元二次齐次多项式

f(x1,x2,,xn)=i=1nj=1naijxixj=XAXf(x_1, x_2, \dots, x_n) = \sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^na_{ij}x_ix_j = X^\top A X

满足 A=AA = A^\top, 则称其为域 F\mathbb{F} 上的一个 nn二次型,矩阵 AA 称为二次型 XAXX^\top A X 的矩阵。

# 线性替换

CC 为可逆矩阵,则称 XXCYCY 代入是一个变量 x1,x2,,xnx_1, x_2, \dots, x_n 到变量 y1,y2,,yny_1, y_2, \dots, y_n 的一个非退化线性替换

于是,nn 元二次型 XAXX^\top A X 经非退化线性替换 X=CYX = CY 变为

(CY)A(CY)=Y(CAC)YYBY(CY)^\top A (CY) = Y^\top (C^\top A C) Y \triangleq Y^\top B Y

显然 B=CACB = C^\top A C 是对称矩阵,则 BB 是二次型 YBYY^\top B Y 的矩阵。

# 二次型的等价

# 定义

对域 F\mathbb{F} 上的两个 nn 元二次型 XAXX^\top A XYBYY^\top B Y, 若存在非退化线性替换 X=CYX = CY 使得 XAX=YBYX^\top AX = Y^\top BY, 则称二次型 XAXX^\top A XYBYY^\top B Y 等价,记作 XAXYBYX^\top A X \cong Y^\top B Y.

容易证明,二次型的等价是一个等价关系。

# 性质

F\mathbb{F}nn 元二次型 XAXYBYABX^\top AX \cong Y^\top BY \iff A \simeq B.

# 标准型

特征不为 22 的域 F\mathbb{F} 上的 nn 元二次型 XAXX^\top AX 一定等价于一个只含平方项的二次型

i=1ndixi2\sum_{i=1}^n d_ix_i^2