يُعرف أيضًا باسم: متطابقة الاستقطاب · مصفوفتان متوافقتان
تعريف 12.1الرياضيات الجامعية — السنة 2 · الفصل 12 — الصيغ التربيعية
الصيغة ثنائية الخطية المتماثلة على فضاء متجهي حقيقي E هي صيغة ثنائية الخطية φ:E×E→R تحقق φ(x,y)=φ(y,x)؛ والصيغة التربيعية المرافقة هي q(x)=φ(x,x). وتُستعاد الصيغة φ من qبالاستقطاب:
φ(x,y)=21(q(x+y)−q(x)−q(y)).
وفي أساس (ei)، تكون مصفوفةφ هي المصفوفة المتماثلة B=(φ(ei,ej))، مع q(x)=XTBX؛ ويعوّض تغيير الأساس بمصفوفة P المصفوفةَ B بالمصفوفة PTBP (التوافق — لا التشابه!). ورتبةq هي rkB (وهي لا متغيّرة: لأن التوافق يضرب في مصفوفات قابلة للقلب).
أمثلة
مثال 12.3(التوافق في العمل)
لنأخذ q(x,y)=x2+4xy+y2 (بالمصفوفة B=(1221)) والأساس الجديد e1′=(1,1)، e2′=(1,−1)، أي P=(111−1). عندئذٍ
PTBP=(111−1)(1221)(111−1)=(600−2):
وفي الإحداثيات (u,v) على امتداد الأساس الجديد، q=6u2−2v2 — وللتحقق: يعطي x=u+v، y=u−v أن x2+4xy+y2=6u2−2v2 مباشرةً. ولاحظ أن العناصر القطرية الجديدة 6,−2ليستالقيم الذاتية3,−1 للمصفوفة B: فالتوافق يعيد تحجيم السلّم، ولا يحفظ الأطياف إلا التشابه — لكن الإشارات تتفق، كما تقتضي مبرهنة سيلفستر. (والأساس هنا متعامد لكنه غير ممنظم؛ ونظمُه بالمقدار 21 يقسم القطر على 2 و يستعيد القيم الذاتية.)
مثال 12.4(محددات غرام تقيس المساحة)
من أجل v1,v2 في فضاء إقليدي، تحزم مصفوفة غرام G=(⟨vi,vj⟩) الأطوالَ والزاوية؛ ويحزم محددها المساحة:
وهو مربّع مساحة متوازي الأضلاع المبني على v1,v2 — ومتراجحة كوشي–شوارتز هي بالضبط القول detG≥0. ومثال منفَّذ: v1=(1,2,2)، v2=(2,1,−2) في R3:
G=(9009),detG=81:
فالمتجهتان متعامدتان وطولهما 3، وتولّدان متوازي أضلاع (وهو هنا مربّع) مساحته 81=9. والفكرة الختامية: لم يُستعمل أي جداء شعاعي ولا أي سحر خاص بالبعد 3 — فالمقدار detG يقيس الحجم ذا البعد k في أي بعد، وهو منطلق الجزء الأول من مسألة نهاية الأسبوع وتكاملات مساحة السطوح لاحقًا في هذا المجلد.
مثال 12.16
A=(2112): القيمتان الذاتيتان 3 (بمتجهة ذاتية21(1,1)) و1 (بالمتجهة 21(1,−1)). وتصير الصيغة التربيعية2x2+2xy+2y2 هي 3X2+Y2 في المعلم المتعامد الممنظم المُدار: أي المحاور الرئيسية لقطع ناقص، محسوبةً. ويبلغ اختزال غاوس صيغة قطرية أيضًا، لكن المبرهنة الطيفية وحدها تبلغها دون تشويه الأطوال.