ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
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( Ae |
2E) X |
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1 1 x3 |
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Решением является вектор U 1 |
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С2 |
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С1 |
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, C1,C2 |
0 , базис пространства |
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решений образуют векторы u ( 1;2;0)T , |
u |
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(1;0;2)T . Ортогонализируем их. |
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Пусть f1 u1 |
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f2 u2 f1 . Выберем |
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таким |
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образом, |
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чтобы |
векторы f1, f2 были |
ортогональны, то есть ( f1, f2 ) 0 ( f1, f2 ) ( f1, u2 f1) ( f1, u2 ) ( f1, f1) 0
( f1,u2 ) (u1,u2 ) 1 ( f1, f1) (u1,u1) 5
f2 u2 12 f1 15 ( 1;2;0) (1;0;2) ( 54 ; 52 ;2)
Теперь векторы f1, f2 ортогональны.
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Нормируем их. |
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f |
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5 , |
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f |
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h ( |
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;0) |
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h |
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) |
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2. 2 |
4 . Решим матричное уравнение (Ae 4 E)X 0 . |
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2 |
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2 x |
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( Ae 4E) X 2 |
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x2 |
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x3 |
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2 |
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0 0 |
0 |
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Решением является |
векторы U 2 |
С3 |
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C3 0 , базисом |
пространства |
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решений является вектор u |
( 2; 1;1)T . |
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3 |
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Вектор u3 ( 2; 1;1) ортогонален векторам |
u1 ( 1;1;0) и |
u2 ( 1;0;1) , |
поскольку они относятся к различным собственным значениям и, как следствие,
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векторам h1 |
и h2 |
. Нормируем его. |
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u3 |
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6 , h3 |
; |
; |
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) |
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h ( |
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;0) |
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h |
( |
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2 |
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; |
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; |
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) |
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h |
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( |
2 |
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; |
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; |
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) |
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Векторы |
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составляют искомый ортономированный базис. |
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Ортогональная матрица U |
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5 |
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30 |
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5 |
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1 |
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Искомое преобразование X UY |
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30 |
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Канонический вид квадратичной формы: f 2y12 2y22 4y32 .
Применим рассмотренный алгоритм приведения квадратичной формы к каноническому виду с помощью ортогонального преобразования для классификации кривых и поверхностей второго порядка.
Пример 4. Найти тип и каноническое уравнение кривой второго порядка
9x2 6y2 4xy 16x 8y 2 0
Решение. Рассмотрим уравнение кривой: 9x2 6 y2 4xy 16x 8y 2 0
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квадратичная часть |
Выпишем матрицу квадратичной части: |
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Матрица квадратичной формы: |
9 |
2 |
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A |
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6 |
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Найдем корни характеристического уравнения |
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Ae E |
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0 . |
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5 |
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||||||||||||||
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9 |
2 |
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Ae |
E |
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2 |
6 |
2 |
15 50 ( 5)( 10) 0 |
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1 |
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- |
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10 |
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2 |
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собственные значения.
Найдем собственные векторы, относящиеся к каждому собственному значению:
1 5 . Решим матричное уравнение |
(Ae 5Е)X 0 . |
|||||||||||||||
4 |
2 |
x |
0 |
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4 |
2 |
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2 |
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1 |
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, |
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1 |
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0 |
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2 1 |
y |
0 |
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2 |
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|
0 |
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||||||
Решением |
|
являются |
|
векторы |
U |
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С |
|
1 |
|
C 0 |
, базисом пространства |
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1 |
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, |
|||||||||||
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1 |
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2 |
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1 |
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решений является вектор u (1;2)T . |
Нормируем его: h1 ( |
1 |
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; |
2 |
|
) |
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||||||||||||||||||||||||
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5 |
5 |
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||||||||||
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2 10 . Решим матричное уравнение (Ae 10Е)X 0 . |
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1 |
2 |
x |
0 |
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1 |
2 |
1 |
2 |
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, |
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4 |
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4 |
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2 |
y |
0 |
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2 |
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0 |
0 |
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Решением |
являются |
векторы |
U |
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С |
2 |
, C |
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0 , |
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базисом |
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2 |
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2 |
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2 |
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1 |
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решений является вектор u ( 2;1)T |
. Нормируем его: h2 ( |
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2 |
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; |
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1 |
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) |
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2 |
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5 |
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5 |
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H {h1, h2} - собственный ортонормированный базис. |
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||||||||||||||||||||
Перейдем |
к новым координатам |
(x', y') |
с |
помощью |
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матрицы |
пространства
перехода от
исходного ортонормированного базиса {i, j} к собственному ортонормированному
базису {h1, h2}
|
1 |
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2 |
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5 |
5 |
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||||||
U |
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|
- матрица перехода |
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2 |
1 |
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5 |
5 |
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1 |
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x |
x' |
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5 |
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||||||
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||||||
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|
U |
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|||
Искомое преобразование |
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2 |
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y |
y' |
|
|||||
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||||
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5 |
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||
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|
Выпишем преобразование координат:
2 |
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x' |
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5 |
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||||
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||||
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1 |
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|
. |
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|
y' |
||||
|
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||
5 |
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||
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1 |
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|
2 |
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||||
x |
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|
|
|
x' |
|
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|
y' x'cos y'sin |
|
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|||||
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5 |
|
|
5 |
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||||
|
2 |
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1 |
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||||
y |
|
x' |
|
y' x'sin y'cos |
||||||
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||||
|
5 |
|
|
5 |
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||||
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Данное преобразование соответствуют повороту системы координат на угол :
2
tg 1 5 2 против часовой стрелки (т.к. угол положительный): по y 2 единицы,
5
по x - 1 единица
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y |
x' |
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4 |
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y' |
3 |
|
2 |
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1 |
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x |
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 |
Перейдем к новым координатам, подставив x' и y' в уравнение кривой:
x' 2 y' 2 |
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2x' y' 2 |
x' 2 y' |
2x' y' |
x' 2 y' |
|
2x' y' |
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9 |
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6 |
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4 |
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16 |
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8 |
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2 |
0 |
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5 |
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5 |
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5 |
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5 |
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5 |
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5 |
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Раскроем скобки и приведем подобные слагаемые:
9 |
x'2 |
4x' y' 4 y'2 |
6 |
|
4x'2 |
4x' y' y'2 2 |
4 |
2x'2 3x' y' 2 y'2 |
|||||||||||
5 |
5 |
5 |
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16x' 32 y' |
16x' 8y' |
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2 |
0 |
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5 |
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