单选题
130、N位二进制能表示的最大整数是____。
A
A、2的N次方
B
B、2的N次方减去1
C
C、10的N次方
D
D、10的N次方减去1
答案解析
正确答案:B
解析:
**解析:**
在二进制系统中,每一位(bit)只有两种状态:0 或 1。
1. **最小值**:当 N 位二进制数的所有位都为 0 时,表示的数值最小,即 $0$。
2. **最大值**:当 N 位二进制数的所有位都为 1 时,表示的数值最大。
我们可以通过等比数列求和或者位权的概念来推导这个最大值:
* **方法一:位权相加**
N 位二进制数从右到左(从低位到高位)的位权分别是 $2^0, 2^1, 2^2, \dots, 2^{N-1}$。
当所有位均为 1 时,其值为:
$$1 \times 2^{N-1} + 1 \times 2^{N-2} + \dots + 1 \times 2^1 + 1 \times 2^0$$
这是一个首项为 $1$ ($2^0$),公比为 $2$,项数为 $N$ 的等比数列求和。
根据求和公式 $S_n = \frac{a_1(1-q^n)}{1-q}$:
$$Sum = \frac{1 \times (1 - 2^N)}{1 - 2} = \frac{1 - 2^N}{-1} = 2^N - 1$$
* **方法二:总数减一**
N 位二进制数总共可以表示 $2^N$ 个不同的状态(从 $0$ 到 $2^N - 1$)。
因为是从 0 开始计数的,所以最大的整数就是总个数减 1,即 $2^N - 1$。
**举例验证:**
* 当 $N=1$ 时,最大二进制数是 `1`,对应十进制 $1 = 2^1 - 1$。
* 当 $N=2$ 时,最大二进制数是 `11`,对应十进制 $3 = 2^2 - 1$。
* 当 $N=3$ 时,最大二进制数是 `111`,对应十进制 $7 = 2^3 - 1$。
* 当 $N=8$ 时,最大二进制数是 `11111111`,对应十进制 $255 = 2^8 - 1$。
综上所述,N 位二进制能表示的最大整数是 $2^N - 1$。
故正确答案为 **B**。
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