equation:
x 2 − 3 x y + y 2 + 4 x − 4 y − 5 = 0 x^2-3xy+y^2+4x-4y-5=0 x 2 − 3 x y + y 2 + 4 x − 4 y − 5 = 0
A x 2 + B x y + C y 2 + D x + E y + F = 0 Ax^2+Bxy+Cy^2+Dx+Ey+F=0 A x 2 + B x y + C y 2 + D x + E y + F = 0 Find eigenvalues of matrix
A 33 = ( A B / 2 B / 2 C ) A_{33}=\begin{pmatrix}
A & B/2 \\
B/2 & C
\end{pmatrix} A 33 = ( A B /2 B /2 C ) from equation
∣ A − z B / 2 B / 2 C − z ∣ = 0 \begin{vmatrix}
A-z & B/2 \\
B/2 & C-z
\end{vmatrix}=0 ∣ ∣ A − z B /2 B /2 C − z ∣ ∣ = 0 substituting A = 1, B = -3, C = 1 in this equation
∣ 1 − z − 3 / 2 − 3 / 2 1 − z ∣ = 0 \begin{vmatrix}
1-z & -3/2 \\
-3/2 & 1-z
\end{vmatrix}=0 ∣ ∣ 1 − z − 3/2 − 3/2 1 − z ∣ ∣ = 0
( 1 − z ) 2 − ( − 3 / 2 ) 2 = 0 (1-z)^2-(-3/2)^2=0 ( 1 − z ) 2 − ( − 3/2 ) 2 = 0
( 1 − 3 / 2 − z ) ( 1 + 3 / 2 − z ) = 0 (1-3/2-z)(1+3/2-z)=0 ( 1 − 3/2 − z ) ( 1 + 3/2 − z ) = 0
( z + 1 / 2 ) ( z − 5 / 2 ) = 0 (z+1/2)(z-5/2)=0 ( z + 1/2 ) ( z − 5/2 ) = 0
z 1 = − 1 / 2 , z 2 = 5 / 2 z_1=-1/2, z_2=5/2 z 1 = − 1/2 , z 2 = 5/2 Let
A q = ( A B / 2 D / 2 B / 2 C E / 2 D / 2 E / 2 F ) = ( 1 − 3 / 2 2 − 3 / 2 1 − 2 2 − 2 − 5 ) A_q=\begin{pmatrix}
A& B/2 &D/2\\
B/2 & C&E/2\\
D/2&E/2&F
\end{pmatrix}=
\begin{pmatrix}
1& -3/2 &2\\
-3/2 & 1&-2\\
2&-2&-5
\end{pmatrix} A q = ⎝ ⎛ A B /2 D /2 B /2 C E /2 D /2 E /2 F ⎠ ⎞ = ⎝ ⎛ 1 − 3/2 2 − 3/2 1 − 2 2 − 2 − 5 ⎠ ⎞ Standard form of equation
x 2 − 3 x y + y 2 + 4 x − 4 y − 5 = 0 x^2-3xy+y^2+4x-4y-5=0 x 2 − 3 x y + y 2 + 4 x − 4 y − 5 = 0 can be found using formula:
z 1 x ′ 2 + z 2 y ′ 2 = − d e t A q / d e t A 33 z_1x'^2+z_2y'^2=-detA_q/detA_{33} z 1 x ′2 + z 2 y ′2 = − d e t A q / d e t A 33
d e t A 33 = ∣ 1 − 3 / 2 − 3 / 2 1 ∣ = 1 − 9 / 4 = − 5 / 4 detA_{33}=\begin{vmatrix}
1& -3/2 \\
-3/2 & 1
\end{vmatrix}=1-9/4=-5/4 d e t A 33 = ∣ ∣ 1 − 3/2 − 3/2 1 ∣ ∣ = 1 − 9/4 = − 5/4
d e t A q = ∣ 1 − 3 / 2 2 − 3 / 2 1 − 2 2 − 2 − 5 ∣ = detA_q=\begin{vmatrix}
1& -3/2 &2\\
-3/2 & 1&-2\\
2&-2&-5
\end{vmatrix}= d e t A q = ∣ ∣ 1 − 3/2 2 − 3/2 1 − 2 2 − 2 − 5 ∣ ∣ = add the first row to the second
∣ 1 − 3 / 2 2 − 1 / 2 − 1 / 2 0 2 − 2 − 5 ∣ = \begin{vmatrix}
1& -3/2 &2\\
-1/2 & -1/2&0\\
2&-2&-5
\end{vmatrix}= ∣ ∣ 1 − 1/2 2 − 3/2 − 1/2 − 2 2 0 − 5 ∣ ∣ = subtract the first column from the second
∣ 1 − 5 / 2 2 − 1 / 2 0 0 2 − 4 − 5 ∣ = \begin{vmatrix}
1& -5/2 &2\\
-1/2 & 0&0\\
2&-4&-5
\end{vmatrix}= ∣ ∣ 1 − 1/2 2 − 5/2 0 − 4 2 0 − 5 ∣ ∣ =
− ( − 1 / 2 ) ( − 5 / 2 ∗ ( − 5 ) − ( − 4 ) ∗ 2 ) = 41 / 4 -(-1/2)(-5/2*(-5)-(-4)*2)=41/4 − ( − 1/2 ) ( − 5/2 ∗ ( − 5 ) − ( − 4 ) ∗ 2 ) = 41/4 Substitute all found values in the equation
z 1 x ′ 2 + z 2 y ′ 2 = − d e t A q / d e t A 33 z_1x'^2+z_2y'^2=-detA_q/detA_{33} z 1 x ′2 + z 2 y ′2 = − d e t A q / d e t A 33
− 1 / 2 x ′ 2 + 5 / 2 y ′ 2 = − ( 41 / 4 ) / ( − 5 / 4 ) = 41 / 5 -1/2x'^2+5/2y'^2=-(41/4)/(-5/4)=41/5 − 1/2 x ′2 + 5/2 y ′2 = − ( 41/4 ) / ( − 5/4 ) = 41/5 dividing by (41/5)
− 1 / 2 / ( 41 / 5 ) x ′ 2 + 5 / 2 / ( 41 / 5 ) y ′ 2 = 1 -1/2/(41/5)x'^2+5/2/(41/5)y'^2=1 − 1/2/ ( 41/5 ) x ′2 + 5/2/ ( 41/5 ) y ′2 = 1
− x ′ 2 / ( 82 / 5 ) + y ′ 2 / ( 82 / 25 ) = 1 -x'^2/(82/5)+y'^2/(82/25)=1 − x ′2 / ( 82/5 ) + y ′2 / ( 82/25 ) = 1 since coefficients of squared terms have different signs, this is standard equation of hyperbola.
Answer: standard equation:
− x ′ 2 / ( 82 / 5 ) + y ′ 2 / ( 82 / 25 ) = 1 -x'^2/(82/5)+y'^2/(82/25)=1 − x ′2 / ( 82/5 ) + y ′2 / ( 82/25 ) = 1 conic section is hyperbola.
Comments