Занятие 14(Фдз 15) (Занятия и Фдз по АиГ)
Описание файла
Файл "Занятие 14(Фдз 15)" внутри архива находится в папке "Занятия и Фдз по АиГ". Документ из архива "Занятия и Фдз по АиГ", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "линейная алгебра и аналитическая геометрия" из 2 семестр, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "алгебра и геометрия" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Занятие 14(Фдз 15)"
Текст из документа "Занятие 14(Фдз 15)"
5
Занятие 14 (Фдз 15).
Приведение квадратичной формы к каноническому виду ортогональным преобразованием координат.
14.1. Ортогональные преобразования координат. Приведение квадратичной формы к каноническому виду ортогональным преобразованием координат.
14.1. Ортогональным преобразованием координат называется преобразование координат векторов
при переходе от одного ортонормированного базиса евклидова пространства к другому ортонормированному базису этого пространства. Координаты связаны с базисом , а координаты - с базисом .
Матрица является ортогональной матрицей, т.е. .
Любую квадратичную форму ортогональным преобразованием (1) координат можно привести к каноническому виду. Делается это последовательным выполнением следующих шагов.
-
Находятся собственные значения и собственные векторы симметричной матрицы , которую можно считать матрицей симметричного оператора в ортонормированном базисе - мерного евклидова пространства .
-
По собственным векторам находится ортонормированный собственный базис оператора и ортогональная матрица перехода от базиса к базису .
-
В заданной квадратичной форме выполняется преобразование (1), в результате которого квадратичная форма принимает следующий канонический вид
Пример 1. Привести квадратичную форму ортогональным преобразованием к каноническому виду.
Решение. Выполним все указанные выше шаги 1 – 4.
1. - матрица квадратичной формы. Эту матрицу можно считать матрицей симметричного оператора в ортонормированном базисе двумерного евклидова пространства .
2. - собственные значения матрицы .
- собственный вектор с собственным значением .
- собственный вектор с собственным значением .
3. Векторы - собственные векторы с различными собственными значениями. Поэтому эти векторы ортогональны. Они образуют ортогональный базис пространства .
Нормируем эти векторы.
- собственный ортонормированный базис.
Записывая координаты векторов в виде столбцов, получим следующую матрицу перехода от ортонормированного базиса к ортонормированному базису .
Проверим на ортогональность матрицу .
4. Проведем в квадратичной форме ортогональное преобразование координат
- канонический вид квадратичной формы, полученный ортогональным преобразованием координат (3).
Заметим, что ответ полностью согласуется с формулой (2).
Пример 2. Привести квадратичную форму
ортогональным преобразованием к каноническому виду.
Решение.
1. - матрица заданной квадратичной формы.
- собственный вектор с собственным значением .
- собственный вектор с собственным значением .
- собственный вектор с собственным значением .
3. - собственные векторы с различными собственными значениями - ортогональный собственный базис.
- ортонормированный собственный базис.
По координатам векторов находим матрицу ортогонального преобразования координат и само это преобразование.
4. Используя найденное преобразование координат приводим квадратичную форму к каноническому виду.
Пример 3. Привести квадратичную форму
ортогональным преобразованием к каноническому виду.
Решение.
1. - матрица заданной квадратичной формы. Эту матрицу можно считать матрицей симметричного оператора в ортонормированном базисе трехмерного евклидова пространства .
- два линейно независимых собственных вектора с собственным значением .
3. - собственный базис. Он не является ортогональным, т.к. не ортогонален вектору . Проведем процесс ортогонализации к системе векторов .
Векторы образуют собственный ортогональный базис симметричного оператора . Пронормировав векторы , получим собственный ортонормированный базис .
4. По координатам векторов находим матрицу ортогонального преобразования и само ортогональное преобразование координат.
Домашнее задание.
1. Ортогональным преобразованием координат привести квадратичную форму