考研中证明实二次型或实对称矩阵的正定性,可以采用以下几种方法:
利用正定性的定义
如果对于实二次型,对任意一组不全为零的实数 ( x ),都有 ( x^TAx > 0 ),则称该二次型为正定二次型,称正定二次型对应的矩阵为正定矩阵。
利用二次型或实对称矩阵正定的充分必要条件
充分必要条件:
对于任意非零向量 ( x ),恒有 ( x^TAx > 0 )。
矩阵的所有顺序主子式都大于0。
矩阵的所有特征值均大于0。
矩阵的标准形中所有系数都是正数,即正惯性指数等于矩阵的阶数。
存在可逆矩阵 ( P ),使得 ( A = P^TDP ),其中 ( D ) 是对角矩阵,对角线上的元素是矩阵的特征值。
利用正定矩阵的常用性质
如果 ( A ) 是正定矩阵,则:
( A ) 的所有主子式(包括行列式)都大于0。
若 ( A ) 与矩阵 ( B ) 合同,则 ( B ) 也是正定矩阵。
若 ( A ) 与实对称矩阵 ( C ) 相似,则 ( C ) 也是正定矩阵。
若 ( A ) 是 ( n ) 阶正定矩阵,则 ( A ) 的所有特征值都是正的。
特征值法
求出矩阵的特征值,若所有特征值都是正的,则二次型正定。
顺序主子式法
若矩阵的所有阶顺序主子式都是正的,则二次型正定。
惯性指数法
正定矩阵的正惯性指数等于矩阵的阶数,即所有特征值都是正的。
合同变换法
若存在可逆矩阵 ( P ),使得 ( A = P^TDP ),其中 ( D ) 是对角矩阵,对角线上的元素是矩阵的特征值,则 ( A ) 是正定矩阵。
通过以上方法,可以有效地证明实二次型或实对称矩阵的正定性。选择哪种方法取决于题目的具体条件和求解的方便性。在实际操作中,可以根据题目给出的信息和矩阵的性质,灵活选择最合适的方法进行证明。