对称双线性函数与二次型

共轭双线性函数与 Hermite 型 本节推广了双线性函数的概念。设 f (α， β) 是 n 维复线性空间 V 上的二元函数。如果对任意向量 α，β，α₁，α₂，β₁，β₂ ∈ V，以及任意复数 λ₁，λ₂，μ₁，μ₂ ∈ C，均有： f(λ₁α₁ + λ₂α₂, β) = λ₁ f(α₁, β) + λ₂ f(α₂, β) (9.4.1) f(α, μ₁β₁ + μ₂β₂) = μ₁ f(α, β₁) + μ₂ f(α, β₂) (9.4.2) 其中 μ 表示复数 μ 的共轭复数，则二元函数 f (α， β) 称为共轭双线性的。 共轭双线性函数的性质 命题 9.4.1 设 f (α， β) 是 V 上的共轭双线性函数，则对任意 α，β ∈ V，f (α， 0) = 0 = f (0， β) 命题 9.4.2 设 f (α， β) 是 V 上的共轭双线性函数，则对任意 α₁， ... ， αp，β₁， ... ， βq ∈ V，λ₁， ... ， λp，μ₁， ... ， μq ∈ C， f ( ∑^{k=1}{p} λₖαₖ, ∑^{ℓ=1}{q} μℓβℓ) = ∑^{k=1}{p} ∑^{ℓ=1}{q} λₖμℓ f (αₖ， βℓ) (9.4.3) 共轭双线性函数的方阵表示 V 上的共轭双线性函数 f (α， β) 在 V 的基 {ξ₁，ξ₂， ... ，ξn} 下的方阵表示如下： 设向量 α，β ∈ V 在 V 的基 {ξ₁，ξ₂， ... ，ξn} 下的坐标分别是 x = (x₁，x₂， ... ，xn) 与 y = (y₁，y₂， ... ，yn)，即 α = ∑^{k=1}{n} xₖ ξₖ， β = ∑^{ℓ=1}{n} yℓ ξℓ， 则由式 (9.4.3)， f (α， β) = f ( ∑^{k=1}{n} xₖ ξₖ, ∑^{ℓ=1}{n} yℓ ξℓ) = ∑_{1⩽k，ℓ⩽n} xₖ yℓ f (ξₖ， ξℓ) (9.4.4) 记 n 阶方阵 A = ( f (ξₖ， ξℓ))_{n×n}，则上式化为 f (α， β) = xAy∗ (9.4.5) 其中 y∗ = yT 是 y = (y₁，y₂， ... ，yn) 的共轭转置。方阵 A 称为共轭双线性函数 f (α， β) 在基 {ξ₁，ξ₂， ... ，ξn} 下的方阵。而式 (9.4.4) 称为 f (α， β) 在基 {ξ₁，ξ₂， ...

本节讨论数域 F 上的 n 维线性空间 V 的斜对称双线性函数。斜对称双线性函数满足以下性质： 对于任意向量 α ∈ V，f(α, α) = 0。 f(α, β) 在 V 的基下的方阵是斜对称的。 V 中向量关于 f(α, β) 的正交性是对称的。 斜对称双线性函数与斜对称方阵之间存在双射。 进一步，我们给出了斜对称双线性函数的准对角形形式，并证明了其秩与准对角形中非零块的数量之间的关系。

利用正交变换将二次型化简为正惯性指数与负惯性指数之和，且正惯性指数在前，负惯性指数在后。

双线性插值函数描述了由空间二次曲面构成的数据片段。插值函数通过四个插值节点的函数值来确定四个系数，确保了插值结果的准确性和精度。该方法在数学建模和数据分析中具有重要应用。

在研究二次型主轴时，我们发现它等价于矩阵对角化。从几何图形上分析，寻找二次型主轴的问题可以通过正交变换或相似变换来实现。这一过程确保了被变换图形的形状和尺寸保持不变，最终使矩阵A对角化。图中的(c)和(d)展示了对一种双曲线二次型的坐标变换，其中两个特征值一正一负。求解主轴的过程实际上就是对矩阵A进行对角化，找出其特征值λ和特征向量e，以确定主轴的大小和方向。

这个Matlab的图形用户界面（GUI）程序能够绘制一元二次函数y=ax^2+bx+c的图像。用户可以输入参数a、b、c，实现多次绘制和叠加函数图像。

双曲线二次型的计算示例基于矩阵A=[1,-4;-4,-5]，利用特征值分解[eigenvalue, eigenvector]=eig(A)，或正交化方法R=orth(A)，获取特征向量e，并将其排列成正交矩阵。其中lambda表示对角化后的矩阵D，从而得到标准化的二次型方程。

该程序接受二次函数的系数 (a, b, c) 和定义域边界 (x1, x2)，并计算函数在该定义域内的取值范围。

MATLAB有限元分析源代码，提供二次线性单元的应力分析功能。