解答题 22.[2005年] 已知齐次线性方程组(I)与方程组(Ⅱ)同解,求a,b,c的值.
【正确答案】解一 方程组(Ⅱ)的未知数的个数大于方程的个数,故必有无穷多解,因而必有基础解系.于是方程组(I)也有无穷多解,则方程组(I)的系数矩阵的秩必小于3.由此可确定a.而方程组(I)的系数矩阵

因秩(A)<3,从而a=2,且α=[1,-1,1]T为方程组(I)的一个基础解系.它当然也是方程组(Ⅱ)的解.将x1=-1,x2=-1,x3=1代入方程组(Ⅱ)可求得b=1,c=2或b=0,c=1.
当b=1,c=2时,方程组(Ⅱ)的系数矩阵化为其基础解系也只含一个解向量α=[-1,-1,1]T,故方程组(I)与(Ⅱ)同解.
当b=0,c=1时,方程组(Ⅱ)的系数矩阵可化为其基础解系含两个解向量,方程组(I)与(Ⅱ)的解不同,因而它们不同解.
因而当a=2,b=1,c=2时,两方程组同解,故所求的常数为a=2,b=1,c=2.
解二 因方程组(I)与(Ⅱ)同解,而方程组(Ⅱ)有无穷多组,故方程组(I)也有无穷多组解,则方程组(I)与(Ⅱ)的联立方程组

也必有无穷多组解.因而其系数矩阵A的秩必小于等于2,而用初等行变换化A为阶梯形,得到

由式①得到a=2,解式②与式③得到b(1-b)=0,故b=1或b=1.当b=1时,有c=2;当b=0时,c=1.
上面由方程组(Ⅲ)有无穷多解求出了参数a,b,c的取值,但这些取值能否保证两方程组同解,还要加以判别.事实上,当a=2,b=1,c=2时,方程组(I)的基础解系为[-1,-1,1]T.而对方程组(Ⅱ)的系数矩阵施行初等行变换,有

显然,它也有相同的基础解系[-1,-1,1]T,故方程组(I)与(Ⅱ)同解,但当b=0,c=1时,方程组(Ⅱ)的系数矩阵可由初等行变换化为
【答案解析】