双线性与二次形式
形式的秩
空间中某些方向对一个形式是‘隐形’的——无论搭配谁,把它们喂进去总返回零。秩衡量的是真正‘起作用’的方向有多少:把这些盲方向(即根基)商去之后,形式非平凡部分的大小。满秩的形式洞察一切;秩不足则意味着形式在某个子空间上退化。
确切地说,双线性或二次形式的秩就是其任一格拉姆矩阵的秩。由于换基把 G 替换为合同矩阵 P^T G P(P 可逆),秩保持不变——它是合同不变量,因而是形式本身的不变量。等价地,秩等于 V 的维数减去根基的维数,根基即与 V 中所有向量都正交的向量构成的子空间。
对角化之后,秩就是非零对角元的个数。形式非退化当且仅当秩等于 dim V,当且仅当格拉姆矩阵可逆,当且仅当根基为零。在 R 上,秩等于 p + q,其中 (p, q) 是符号差;差 p - q 以符号信息细化了秩,而单凭秩会丢弃这一信息。
R^3 上的 Q(x, y, z) = x^2 - y^2 的对角格拉姆矩阵为 [1,0,0; 0,-1,0; 0,0,0]。其秩为 2,故 Q 退化;根基是 z 轴,其上每个向量都与整个 R^3 正交。
R^3 上一个秩为 2 的退化形式,根基为一维。
另见