双线性与二次形式

正定

正定形式的行为就像一个货真价实的长度平方概念:每个非零向量都取严格为正的值,唯有零向量量出零。正是这一性质使对称形式能充当内积,给出真正的距离与角度,而不潜藏退化的或为负的‘长度’。

在 R(或任意有序域)上,若对每个 v ≠ 0 都有 Q(v) > 0,则二次形式 Q 正定;此时伴随的对称双线性形式是一个内积。用符号差来说即 (p, q) = (n, 0):所有对角元为正,满秩。对称矩阵 A 正定,当对一切 x ≠ 0 有 x^T A x > 0,等价地其所有特征值为正。

有若干判别法可检测正定性:西尔维斯特判据要求 A 的每个顺序主子式为正;或者所有特征值为正;或者 A = P^T P 对某个可逆 P 成立(一种乔列斯基型分解)。较弱的概念半正定允许 Q(v) ≥ 0 且非零 v 处可取等号,对应于 p < n 的 (p, 0) 与非平凡的根基。

A = [2, 1; 1, 2] 正定:顺序主子式为 2 > 0 与 det = 3 > 0(西尔维斯特判据),其特征值 1 与 3 皆为正。故对 (x, y) ≠ 0 有 x^T A x = 2x^2 + 2xy + 2y^2 > 0。

用西尔维斯特判据检验正定性。