数学のブログ

行列と双線形写像 2次形式 対応する行列

ラング線形代数学(下) (ちくま学芸文庫) (S.ラング(著)、芹沢 正三(翻訳)、筑摩書房)の8章(行列と双線形写像)、2(2次形式)、練習問題2の解答を求めてみる。

[ x y z ] [ c 11 c 12 c 13 c 21 c 22 c 23 c 31 c 32 c 33 ] [ x y z ] = x 2 - 3 x y + 4 y 2 a i j = a j i ( i j )
[ c 11 x + c 21 y + c 31 z c 12 x + c 22 y + c 32 z c 13 x + c 23 y + c 33 z ] [ x y z ] = x 2 - 3 x y + 4 y 2
c 11 x 2 + ( c 21 + c 12 ) x y + ( c 31 + c 13 ) x z + c 22 y 2 + ( c 32 + c 23 ) y z + c 33 z 2 = x 2 - 3 x y + 4 y 2
c 11 = 1 c 21 + c 12 = - 3 c 31 + c 13 = 0 c 22 = 4 c 32 + c 23 = 0 c 33 = 0

よって、 2次形式

f ( X ) = x 2 - 3 x y + 4 y 2

に対応する行列は、

C = [ 1 - 3 2 0 - 3 2 4 0 0 0 0 ]

コード(Wolfram Language, Jupyter)

xv = {x, y, z}
{x, y, z}
c = {{c11, c12, c13}, {c12, c22, c23}, {c13, c23, c33}}
{{c11, c12, c13}, {c12, c22, c23}, {c13, c23, c33}}
xv . c . xv
Output
Simplify[%]
Output
Solve[{c11 == 1, 2c12 == -3, c22 == 4, 2c13 == 0, 2c23 == 0, c33 == 0}, {c11, c12, c13, c22, c23, c33}]
Output
MatrixForm[c /. %]
Output