− x 2 + y 2 + z 2 − 6 x y − 6 x z + 2 y z -x^2+y^2+z^2-6xy-6xz+2yz − x 2 + y 2 + z 2 − 6 x y − 6 x z + 2 yz
The matrix of the quadratic form − x 2 + y 2 + z 2 − 6 x y − 6 x z + 2 y z -x^2+y^2+z^2-6xy-6xz+2yz − x 2 + y 2 + z 2 − 6 x y − 6 x z + 2 yz
A = ( − 1 − 3 − 3 − 3 1 1 − 3 1 1 ) A=\begin{pmatrix}
-1 & -3 &-3\\
-3& 1&1\\
-3&1&1 \\
\end{pmatrix} A = ⎝ ⎛ − 1 − 3 − 3 − 3 1 1 − 3 1 1 ⎠ ⎞
The characteristics equation is
∣ − 1 − λ − 3 − 3 − 3 1 − λ 1 − 3 1 1 − λ ∣ \begin{vmatrix}
-1-\lambda & -3 &-3\\
-3 & 1-\lambda&1\\
-3&1&1-\lambda\\
\end{vmatrix} ∣ ∣ − 1 − λ − 3 − 3 − 3 1 − λ 1 − 3 1 1 − λ ∣ ∣ = 0 =0 = 0
Hence
λ 3 − D 1 λ 2 + D 2 λ − D 3 = 0 \lambda^3-D_1\lambda^2+D_2\lambda-D_3=0 λ 3 − D 1 λ 2 + D 2 λ − D 3 = 0
where
D 1 = t r a c e ( A ) = − 1 + 1 + 1 = 1 ; D_1=trace(A)=-1+1+1=1; D 1 = t r a ce ( A ) = − 1 + 1 + 1 = 1 ;
D 2 = ∣ − 1 − 3 − 3 1 ∣ D_2=\begin{vmatrix}
-1 & -3\\
-3& 1
\end{vmatrix} D 2 = ∣ ∣ − 1 − 3 − 3 1 ∣ ∣ + ∣ − 1 − 3 − 3 1 ∣ \begin{vmatrix}
-1 & -3\\
-3& 1
\end{vmatrix} ∣ ∣ − 1 − 3 − 3 1 ∣ ∣ +∣ 1 1 1 1 ∣ \begin{vmatrix}
1 & 1 \\
1 & 1
\end{vmatrix} ∣ ∣ 1 1 1 1 ∣ ∣ = = =
= ( − 1.1 − ( − 3 ) ( − 3 ) ) + ( − 1.1 − ( − 3 ) ( − 3 ) ) + ( 1.1 − 1.1 ) =(-1.1-(-3)(-3))+(-1.1-(-3)(-3))+(1.1-1.1) = ( − 1.1 − ( − 3 ) ( − 3 )) + ( − 1.1 − ( − 3 ) ( − 3 )) + ( 1.1 − 1.1 )
= ( − 1 − 9 ) + ( − 1 − 9 ) + ( 1 − 1 ) = − 10 − 10 = − 20 =(-1-9)+(-1-9)+(1-1)=-10-10=-20 = ( − 1 − 9 ) + ( − 1 − 9 ) + ( 1 − 1 ) = − 10 − 10 = − 20 ;
D 3 = d e t ( A ) = D_3=det(A)= D 3 = d e t ( A ) = ∣ − 1 − 3 − 3 − 3 1 1 − 3 1 1 ∣ \begin{vmatrix}
-1 & -3 &-3\\
-3 & 1&1\\
-3&1&1\\
\end{vmatrix} ∣ ∣ − 1 − 3 − 3 − 3 1 1 − 3 1 1 ∣ ∣ = 0 =0 = 0 ,
because the second and the third rows of the matrix A are equal
Hence,
λ 3 − λ 2 − 20 λ = 0 \lambda^3-\lambda^2-20\lambda=0 λ 3 − λ 2 − 20 λ = 0
It is easy to see that λ = 0 \lambda=0 λ = 0 is the root of the equation.
λ 3 − λ 2 − 20 λ = λ ( λ 2 − λ − 20 ) \lambda^3-\lambda^2-20\lambda=\lambda(\lambda^2-\lambda-20) λ 3 − λ 2 − 20 λ = λ ( λ 2 − λ − 20 ) =λ ( λ + 4 ) ( λ − 5 ) \lambda(\lambda+4)(\lambda-5) λ ( λ + 4 ) ( λ − 5 )
Therefore, the orthogonal canonical reduction of the quadratic form
− x 2 + y 2 + z 2 − 6 x y − 6 x z + 2 y z -x^2+y^2+z^2-6xy-6xz+2yz − x 2 + y 2 + z 2 − 6 x y − 6 x z + 2 yz is
Q = Q= Q = ( x ′ , y ′ , z ′ ) ( − 4 0 0 0 0 0 0 0 5 ) (x',y',z')\begin{pmatrix}
-4 & 0 &0\\
0& 0&0\\
0&0&5 \\
\end{pmatrix} ( x ′ , y ′ , z ′ ) ⎝ ⎛ − 4 0 0 0 0 0 0 0 5 ⎠ ⎞ ( x ′ y ′ z ′ ) \begin{pmatrix}
x' &\\
y'&\\
z'\\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ x ′ y ′ z ′ ⎠ ⎞ = − 4 x ′ 2 + 5 z ′ 2 =-4x'^2+5z'^2 = − 4 x ′2 + 5 z ′2
Comments