任意一个实系数的二次型f(x1,x2:,…,xn)总可以经过实系数的非退化线性替换X=CY化为平方和的形式,称作实二次型f(x1,x2,…,xn)的规范形,其中
平方项的个数r等于二次型的
秩.任一实二次型的规范形是唯一的,即若实二次型f(x1,x2,…,xn)经过实系数非退化线性替换X=DZ变成规范形,则有p=q,这就是实二次型惯性定理.在实二次型f(x1,x2,…,xn)的规范形中,正平方项的个数p称为实二次型的正惯性指数,负平方项的个数r一p称为实二次型的
负惯性指数,正负惯性指数的差p-(r-p)=2p-r称为实二次型的符号差.在非退化实线性替换下,实二次型的秩、正惯性指数、负掼性指数、符号差都是定值.
用
矩阵的语言来表述即:与一个给定的实对称矩阵A合同的对角矩阵的对角线元素中,正的个数和负的个数是由A确定的,把这两个数分别称为A的正惯性指数和负惯性指数.合同于A的规范对角矩阵是唯一的,其中的自然数p,q就是A的正,负惯性指数.
从化标准形为规范形的过程看到,标准形中正(或负)平方项的个数就是正(或负)惯性指数.因此,虽然一个二次型有不同形式的标准形.但每个标准形中所含正(或负)平方项的个数是一样的.
定理1 两个二次型可以用可逆
线性变量替换互相转化的
充分必要条件为它们的正,负惯性指数都相等.(即两个
实对称矩阵合同的充分必要条件为它们的正,负惯性指数都相等.)
定理2 实
对称矩阵A的正(负)惯性指数就是它的正(负)特征值的个数.