双线性与二次形式

符号差

对于实形式,将其对角化会把各方向分入三个箱子:形式取正值的方向、取负值的方向、以及取零的方向。符号差就是前两个箱子里的人数。它是一枚指纹,例如能区分欧几里得几何(全为正)与相对论的时空(多为正、一个为负)。

在 R 上,把二次形式 Q 对角化为 a_1 y_1^2 + … + a_n y_n^2;设 p 为严格为正的 a_i 个数,q 为严格为负的个数。符号差就是数对 (p, q),有时记作单个整数 p - q。西尔维斯特惯性定律保证 p 与 q 不依赖于所用的对角化基,故符号差是真正的不变量。

秩为 p + q,零化度为 n − (p + q)。当 q = 0 且 p = n 时形式正定,当 p = 0 且 q = n 时负定,当 p 与 q 都为正时不定。两个实二次形式合同当且仅当它们维数相同且符号差相同——所以在 R 上,符号差连同秩就完全分类了形式。

闵可夫斯基形式 Q(t, x, y, z) = -t^2 + x^2 + y^2 + z^2 的符号差为 (3, 1):三个正方向、一个负方向,秩为 4,非退化但不定。

时空度量形式的符号差。

符号差的概念是有序域(如 R)所特有的。在 C 上,给定秩的每个非退化形式都等价(由于 i^2 = -1,无法区分 +1 与 -1),故没有符号差的类比存留。

又称
inertia惯性指数慣性指數