在数轴上表示二进制数需要区分无符号数和有符号数(带符号整数)的表示方法,具体如下:
一、无符号整数的数轴表示
位权展开法 无符号整数的二进制数从右往左按2的幂次增长。例如,对于一个n位的无符号二进制数,其值可以通过以下公式计算:
$$数值 = b_n times 2^n + b_{n-1} times 2^{n-1} + dots + b_1 times 2^1 + b_0 times 2^0$$
其中,$b_i$为二进制位(0或1)。
数轴定位
- 最右边的位(最低位)表示$2^0$,最左边的位(最高位)表示$2^{n-1}$。 - 例如,8位无符号数从右到左的位权依次为1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128。 - 通过累加不同位的值,可以在数轴上找到对应的点。
二、有符号整数的数轴表示(补码形式)
补码定义
- 正数: 符号位为0,其余位与无符号数相同。 - 负数
$$补码 = 2^n - 1 - 原码$$
其中,$n$为位数。
数轴定位 - 正数:
直接按无符号数规则定位。 - 负数:补码与无符号数形式相同,但数值为负。例如,8位补码数轴中,-1的补码为11111111,表示-1。
三、示例说明
以8位二进制数为例:
无符号数:
00000000 表示0,11111111表示255。- 负数:
10000000 表示-128(补码计算:$2^7 - 1 - 0 = 127$,再取反加1)。
总结
无符号数:直接按位权展开定位,数轴从0开始向右递增。- 负数:通过补码表示,数轴延续无符号数的范围,但负数位于左侧。- 补码系统简化了加减运算,是计算机中广泛使用的表示方法。