\( \def\vec#1{\bf{\underline{#1}}} \) Gegeben sei die quadratische Form \begin{equation*} \vec{x}^T\cdot \mathbf{A}\cdot \vec{x} \end{equation*} \begin{equation*} \hbox{mit} \ \mathbf{A}=\begin{pmatrix}a_{11} &a_{12}\cr a_{21} &a_{22}\end{pmatrix} \end{equation*} Sei $\vec{b} =\begin{pmatrix}b_1 & b_2\end{pmatrix}$. Betrachtet werden nun alle Vektoren $\vec{x}$, die der Nebenbedingung \begin{equation*} \vec{b}\cdot \vec{x} = b_1 x_1 + b_2 x_2 = 0 \end{equation*} genügen.
Definition Die quadratische Form $q_\mathbf{A}(\vec{x})$ heißt positiv definit unter der Nebenbedingung $\vec{b}\cdot \vec{x} = 0$, wenn für alle $\underline{x}$, welche dieser Nebenbedingung genügen, der Wert $\vec{x}^T\cdot \mathbf{A}\cdot \vec{x}$ strikt positiv ist.
Entsprechend wird negativ definit, positiv semi-definit und negativ semi-definit definiert.
Um ein Kriterium für Definitheit zu finden, setzt man die aus der Nebenbedingung $\vec{b}\cdot \vec{x} = 0$ gewonnene Beziehung \begin{equation*} x_2 = - {b_1\over b_2} x_1 \end{equation*} in die quadratische Form ein: \begin{eqnarray*} \vec{x}^T \cdot \mathbf{A}\cdot \vec{x} &= &a_{11} x_1^2 + 2a_{12}x_1x_2 + a_{22} x_2^2\\ &= &a_{11} x_1^2 -2a_{12} {b_1\over b_2} x_1^2 + a_{22} {b_1^2\over b_2^2} x_1^2\\ &= &\left(a_{11}b_2^2\right. -\left.2a_{12} b_1b_2\right. + \left. a_{22}b_1^2\right) {x_1^2\over b_2^2} \end{eqnarray*} Die beschränkte quadratische Form ist genau dann positiv definit (negativ definit), wenn die Klammer im letzten Term positiv (negativ) ist.
Es gilt: \begin{equation*} \begin{vmatrix}0 &b_1 &b_2\cr b_1\hfill &a_{11}\hfill &a_{12}\cr b_2 &a_{12} &a_{22}\end{vmatrix} = - b_1 \begin{vmatrix}b_1\hfill &b_2\hfill\cr a_{12} &a_{22}\end{vmatrix} + b_2\begin{vmatrix}b_1\hfill &b_2\hfill\cr a_{11} &a_{12}\end{vmatrix} \end{equation*} \begin{eqnarray*} &=& -b_1 \left(b_1 a_{22} - b_2 a_{12}\right) + b_2 \left( b_1a_{12} - b_2a_{11}\right)\\ &=& -b_1^2 a_{22} + b_1b_2 a_{12}+ b_1b_2a_{12} - b_2^2a_{11}\\ &=& -a_{22}b_1^2 + 2a_{12}b_1b_2 - a_{11}b_2^2 \end{eqnarray*}
Satz Die quadratische Form \begin{equation*} \vec{x}^T\cdot\mathbf{A}\cdot\vec{x} \end{equation*} mit einer $(2,2)$-Matrix $\mathbf{A}$ ist unter der Nebenbedingung \begin{equation*} \vec{b}\cdot\vec{x} = 0 \end{equation*} positiv definit (bzw. negativ definit), wenn gilt \begin{equation*} \begin{vmatrix}0 &\begin{pmatrix}b_1 &b_2\end{pmatrix}\cr \begin{pmatrix}b_1\cr b_2\end{pmatrix} &\begin{pmatrix}a_{11} &a_{12}\cr a_{12} &a_{22}\end{pmatrix}\end{vmatrix} < 0\quad (\hbox{bzw. }>0) \end{equation*}
Für die Bestimmung der Definitheit der quadratischen Form $\vec{x}^T\cdot\mathbf{A}\cdot\vec{x}$ mit der Nebenbedingung $\vec{b}\cdot\vec{x} = 0$ ist also die Determinante einer Matrix relevant, die eine besondere Form aufweist. Es handelt sich dabei um die ursprünglich symmetrische Koeffizientenmatrix $\mathbf{A}$ der quadratischen Form, die von den Koeffizienten der Nebenbedingung (Vektor $\vec{b}$) und einer Nullmatrix in der "Nord-West-Ecke", eingerahmt wird. Diese besondere Matrix wird als geränderte Matrix bezeichnet.
Definition [Geränderte Matrix]
Die symmetrische Matrix der besonderen Form \begin{equation*} \overline{\mathbf{A}} = \begin{pmatrix} (0) &\begin{pmatrix}b_1 &b_2\end{pmatrix}\cr \begin{pmatrix}b_1\cr b_2\end{pmatrix}&\begin{pmatrix}a_{11} &a_{12}\cr a_{12} &a_{22}\end{pmatrix} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix}\mathbf{0} & \mathbf{B}\\ \mathbf{B^T} & \mathbf{A} \end{pmatrix} \end{equation*} heißt geränderte Matrix (vgl. ohse,"Elementare Algebra ,S. 291f.)