【正确答案】由A是三阶实对称矩阵知,A*也是三阶实对称矩阵.由题设知[*][*],所以A*有特征值μ1=-1,μ3=1,且它们对应的特征向量分别为α1=(1,0,-1)T,α3=(1,0,1)T.
由于f(x1,x2,x3)=xTAx在正交变换x=Qy下的标准形为[*],所以A的特征值为λ1=λ2=1,λ3=-1,|A|=λ1·λ2·λ3=1,因此A*的特征值除[*]-1,[*]外,还有[*],记它对应的特征向量为α2=(a1,a2,a3)T,
则它分别与α1,α3正交,于是有
[*]
其基础解系为(0,1,0)T,故可取α2=(0,1,0)T.由于A的对应λi的特征向量即为A*的对应μi的特征向量(i=1,2,3),所以A对应λ1=1,λ2=1,λ3=-1的特征向量分别为α1,α2,α3.
显然α1,α2,α3是正交向量组,现将它们单位化:
[*]
记[*](正交矩阵),则在正交变换x=Qy下
[*]
且[*],所以
[*]
【答案解析】题解中有以下三点值得注意:
(Ⅰ)当用正交变换x=Qy(其中x=(x1,x2,…,xn)T,y=(y1,y2,…,yn)T,Q是正交矩阵)将二次型f(x1,x2,…,xn)=xTAx(其中A是n阶实对称矩阵)化为标准形
[*]时,λ1,λ2,…λAn必都为A的特征值,从而
λ1+λ2+…+An=trA,λ1λ2-λn=|A|.
(Ⅱ)设A是n阶可逆矩阵,α是A的对应特征值λ的特征向量,则A*有特征值μ=[*],且α是A*的对应μ的特征向量.
(Ⅲ)A*也可计算如下:
由于[*],所以
[*]
因此,由A*的定义可得[*]